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JP2016012521A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2016012521A JP2014134610A JP2014134610A JP2016012521A JP 2016012521 A JP2016012521 A JP 2016012521A JP 2014134610 A JP2014134610 A JP 2014134610A JP 2014134610 A JP2014134610 A JP 2014134610A JP 2016012521 A JP2016012521 A JP 2016012521A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect, in a fuel cell system including a combustion catalyst, reduction in catalytic reaction of the combustion catalyst.SOLUTION: A fuel cell system includes: a fuel cell 34 for generating power using fuel and an oxidant gas; a combustion unit 36 for combusting, using the oxidant gas, an anode off-gas lead after being discharged from the fuel cell 34; a combustion catalyst 28 for combusting, using catalytic reaction, a combustible component included in a combustion gas discharged from the combustion unit 36; an oxygen ratio change unit (controller 15) for increasing a flow rate of a combustible component having not been combusted to be led from the combustion unit 36 to the combustion catalyst 28, by changing an oxygen ratio λ obtained by dividing an oxygen flow rate led to the combustion unit 36 by an ideal oxygen flow rate necessary for making a combustible component led to the combustion unit 36 be completely combusted; and a determination unit (controller 15) for determining whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has reduced on the basis of a temperature on the combustion catalyst 28, when the oxygen ratio λ has been changed by the oxygen ratio change unit.

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図1に示されているように、このような燃料電池システムは、改質水及び改質用原料から水素を含む改質ガスを生成する改質部(改質触媒3)と、改質ガスと空気とを用いて発電する燃料電池(燃料電池スタック1)と、燃料電池から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスを触媒反応によって燃焼させる燃焼触媒(9)と、を備えている。   As one type of fuel cell system, one shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, such a fuel cell system includes a reforming unit (reforming catalyst 3) that generates reformed gas containing hydrogen from reformed water and a reforming raw material. And a fuel cell (fuel cell stack 1) that generates electric power using the reformed gas and air, and a combustion catalyst (9) that combusts the anode off-gas and cathode off-gas discharged from the fuel cell by catalytic reaction. .

特許文献1に示された燃料電池システムでは、燃焼触媒に流入するアノードオフガスの流量とアノードオフガスの成分濃度を検出し、この検出結果に基づき、燃焼触媒の温度が許容温度となるように燃焼触媒に供給される空気量が制御されている。   In the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, the flow rate of the anode offgas flowing into the combustion catalyst and the component concentration of the anode offgas are detected, and the combustion catalyst is set so that the temperature of the combustion catalyst becomes an allowable temperature based on the detection result. The amount of air supplied to is controlled.

特開2002−316801号公報JP 2002-316801 A

燃焼触媒に表面に異物が付着する等によって、燃焼触媒における触媒反応が低下してしまうと、燃焼触媒に導入された可燃成分が燃焼触媒で完全燃焼されること無く、この可燃成分の一部又は全部がそのまま燃料電池システムの外部に排出されてしまう。特許文献1に示される燃料電池システムでは、燃焼触媒の触媒反応の低下を検出する技術について何ら開示されていない。   If the catalytic reaction in the combustion catalyst decreases due to foreign matters adhering to the surface of the combustion catalyst, a part of the combustible component or the combustible component introduced into the combustion catalyst is not completely burned in the combustion catalyst. The whole is discharged as it is outside the fuel cell system. The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 does not disclose any technique for detecting a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃焼触媒を備えた燃料電池システムにおいて、燃焼触媒の触媒反応の低下を検知することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect a decrease in the catalytic reaction of a combustion catalyst in a fuel cell system provided with the combustion catalyst.

上記の課題を解決するためになされた、請求項1に係る燃料電池システムの発明は、改質水と改質用原料とから燃料を生成する改質部と、前記改質部に前記改質用原料を供給する燃料供給部と、前記燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、前記燃料電池から排気される可燃成分を含むアノードオフガスを、酸化剤ガスで燃焼する燃焼部と、前記燃焼部から排気される未燃焼の前記可燃成分を含む燃焼ガスが導入されて、前記燃焼ガス中に含まれる前記可燃成分を触媒反応によって燃焼させる燃焼触媒と、前記燃焼触媒に関する温度を検出する温度検出部と、前記燃焼部に導入された酸素流量を、前記燃料部に導入された前記可燃成分を完全燃焼させるために必要な理想的な酸素流量で除した酸素比を変更させて、前記酸素比が変更される前と比べて、前記燃焼部から前記燃焼触媒に導入される未燃焼の前記可燃成分の流量を増大させる酸素比変更部と、前記酸素比変更部によって前記酸素比が変更された場合に、前記温度検出部によって検出された前記燃焼触媒に関する温度に基づいて、前記燃焼触媒の触媒反応が低下しているか否かを判定する判定部と、を有する。   The invention of the fuel cell system according to claim 1, which has been made to solve the above problems, includes a reforming unit that generates fuel from reforming water and a reforming raw material, and the reforming unit includes the reforming unit. A fuel supply unit for supplying raw materials, a fuel cell that generates electricity with the fuel and an oxidant gas, a combustion unit for burning an anode off-gas containing combustible components exhausted from the fuel cell with an oxidant gas, and A combustion catalyst that introduces a combustion gas containing the unburned combustible component exhausted from the combustion section and burns the combustible component contained in the combustion gas by a catalytic reaction, and a temperature at which a temperature related to the combustion catalyst is detected. The oxygen ratio obtained by dividing the oxygen flow rate introduced into the detection unit and the combustion unit by the ideal oxygen flow rate necessary for complete combustion of the combustible component introduced into the fuel unit is changed, and the oxygen flow rate is changed. Ratio changed When the oxygen ratio is changed by the oxygen ratio changing unit that increases the flow rate of the unburned combustible component introduced from the combustion unit to the combustion catalyst, and the oxygen ratio changing unit, And a determination unit that determines whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst is reduced based on the temperature related to the combustion catalyst detected by the temperature detection unit.

燃焼触媒に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大されると、燃焼触媒の触媒反応が低下していない場合には、可燃成分が燃焼触媒で完全燃焼されて、可燃成分の流量が増大される前と比べて、燃焼触媒の温度が上昇する。一方で、燃焼触媒に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大されたにも関わらず、可燃成分の流量が増大される前と比べて、燃焼触媒の温度が上昇しない場合、又は燃焼触媒の温度が殆ど上昇しない場合には、燃焼触媒の触媒反応が低下していることに起因して、可燃成分が燃焼触媒で燃焼されず、又は可燃成分が燃焼触媒で不完全燃焼されている状態である。このような原理を用いて、判定部は、酸素比変更部によって燃焼部から燃焼触媒に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大された場合に、温度検出部によって検出された燃焼触媒に関する温度に基づいて、燃焼触媒の触媒反応が低下しているか否かを判定することができる。よって、燃焼触媒を備えた燃料電池システムにおいて、燃焼触媒の触媒反応の低下を検知することができる。   When the flow rate of unburned combustible components introduced into the combustion catalyst is increased, if the catalytic reaction of the combustion catalyst is not reduced, the combustible components are completely burned by the combustion catalyst and the flow rate of the combustible components is increased. The temperature of the combustion catalyst rises compared to before it is done. On the other hand, when the flow rate of the unburned combustible component introduced into the combustion catalyst is increased, the temperature of the combustion catalyst does not rise compared to before the flow rate of the combustible component is increased, or the combustion catalyst When the temperature of the combustion chamber hardly increases, the combustible component is not combusted by the combustion catalyst or the combustible component is incompletely combusted by the combustion catalyst due to a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst. It is. Using such a principle, the determination unit relates to the combustion catalyst detected by the temperature detection unit when the flow rate of unburned combustible components introduced from the combustion unit to the combustion catalyst is increased by the oxygen ratio changing unit. Based on the temperature, it can be determined whether the catalytic reaction of the combustion catalyst is reduced. Therefore, in the fuel cell system provided with the combustion catalyst, it is possible to detect a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記酸素比変更部は、前記酸素比を、前記燃焼部において前記可燃成分の不完全燃焼が発生する不完全燃焼開始酸素比よりも低い酸素比に低下させる。これにより、燃焼部で不完全燃焼が発生し、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分が確実に燃焼触媒に導入される。このため、燃焼触媒の触媒反応の低下を確実に判定することができる。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the oxygen ratio changing unit is configured to set the oxygen ratio from an incomplete combustion start oxygen ratio at which incomplete combustion of the combustible component occurs in the combustion unit. To lower oxygen ratio. As a result, incomplete combustion occurs in the combustion part, and combustible components that are not combusted in the combustion part are reliably introduced into the combustion catalyst. For this reason, the fall of the catalytic reaction of a combustion catalyst can be determined reliably.

請求項3に係る発明は、請求項2に記載の発明において、前記酸素比変更部は、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる前と比べて、前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量を増大させて、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる。これにより、燃焼部に供給される可燃成分の流量を確実に増大させることができ、燃焼部に導入されるガスの酸素比を判定定酸素比に低下させることができる。このため、燃焼部において不完全燃焼を確実に発生させることができ、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分を確実に燃焼触媒に導入させることができる。よって、燃焼触媒の触媒反応の低下を確実に判定することができる。また、酸素比を低下させるに際し、酸化剤ガスの供給を減少させるのでなく、燃料の供給量を増加させているので、燃料電池での酸素不足等により燃料電池システムが停止してしまうことを防止することができ、燃料電池システムの運転を継続しながら燃焼触媒の触媒反応の低下を判定することができる。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the oxygen ratio changing unit supplies the fuel supplied by the fuel supply unit compared to before the oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio. The oxygen ratio is decreased to the determined constant oxygen ratio. Thereby, the flow volume of the combustible component supplied to the combustion part can be increased reliably, and the oxygen ratio of the gas introduced into the combustion part can be reduced to the determination constant oxygen ratio. For this reason, incomplete combustion can be reliably generated in the combustion section, and combustible components that are not burned in the combustion section can be reliably introduced into the combustion catalyst. Therefore, it is possible to reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst. In addition, when reducing the oxygen ratio, the supply amount of fuel is increased rather than decreasing the supply of oxidant gas, preventing the fuel cell system from shutting down due to insufficient oxygen in the fuel cell. It is possible to determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst while continuing the operation of the fuel cell system.

請求項4に係る発明は、請求項2に記載の発明において、前記燃料電池から掃引される電流である掃引電流を変更する掃引電流変更部と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、を有し、前記酸素比変更部は、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる前と比べて、前記掃引電流が減少するように掃引電流変更部を制御するとともに、前記掃引電流の減少に応じた前記酸化剤ガスの流量分だけ前記酸化剤ガスの流量が減少するように前記酸化剤ガス供給部を制御して、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる。これにより、掃引電流が減少することによって、燃料電池で消費される水素の流量が減少して、燃焼部に導入される水素の流量が増大する。また、掃引電流が減少することによって、燃料電池で消費される酸素の流量も減少するが、掃引電流の減少に応じた酸化剤ガスの流量分だけ酸化剤ガスの流量が減少することによって、燃焼部に供給される酸素の流量は増大しない。これにより、燃焼部に供給される酸素の流量が増大されずに、燃焼部に供給される可燃成分の流量を確実に増大させることができ、燃焼部に導入されるガスの酸素比を判定酸素比に低下させることができる。このため、燃焼部において不完全燃焼を確実に発生させることができ、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分を確実に燃焼触媒に導入させることができる。よって、燃焼触媒の触媒反応の低下を確実に判定することができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a sweep current changing unit that changes a sweep current that is a current swept from the fuel cell, and an oxidation that supplies the oxidant gas to the fuel cell. And the oxygen ratio changing unit controls the sweep current changing unit so that the sweep current is reduced as compared to before reducing the oxygen ratio to the determined constant oxygen ratio. The oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio by controlling the oxidant gas supply unit so that the flow rate of the oxidant gas is decreased by the flow rate of the oxidant gas according to the decrease in the sweep current. Let Thereby, when the sweep current decreases, the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell decreases, and the flow rate of hydrogen introduced into the combustion section increases. In addition, although the flow rate of oxygen consumed in the fuel cell is reduced by reducing the sweep current, the flow rate of the oxidant gas is reduced by an amount corresponding to the flow rate of the oxidant gas in accordance with the decrease in the sweep current, and combustion is thereby performed. The flow rate of oxygen supplied to the section does not increase. Thereby, the flow rate of the combustible component supplied to the combustion unit can be reliably increased without increasing the flow rate of oxygen supplied to the combustion unit, and the oxygen ratio of the gas introduced into the combustion unit can be determined. Ratio can be reduced. For this reason, incomplete combustion can be reliably generated in the combustion section, and combustible components that are not burned in the combustion section can be reliably introduced into the combustion catalyst. Therefore, it is possible to reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

請求項5に係る発明は、請求項3に記載の発明において、前記燃料電池から掃引される電流である掃引電流と、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量に基づいて、前記酸素比が前記判定定酸素比に低下する前記燃料の流量である指示燃料流量を演算する指示燃料流量演算部を有し、前記酸素比変更部は、前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量が前記指示燃料流量となるように前記燃料供給部を制御する。このように、酸素比が判定酸素比に低下する指示燃料流量が演算され、燃料供給部が供給する燃料の流量が指示燃料流量となるように燃料供給部が制御される。これにより、燃焼部に供給されるガスの酸素比を精度高くより確実に判定酸素比にすることができる。このため、燃焼部で確実に不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分をより確実に燃焼触媒に導入させることができる。よって、燃焼触媒の触媒反応の低下をより確実に判定することができる。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3, wherein the oxygen is based on a sweep current that is a current swept from the fuel cell and a flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell. A command fuel flow rate calculation unit that calculates a commanded fuel flow rate that is a flow rate of the fuel at which the ratio decreases to the determined constant oxygen ratio, and the oxygen ratio change unit has a flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit The fuel supply unit is controlled to achieve the indicated fuel flow rate. Thus, the command fuel flow rate at which the oxygen ratio is reduced to the determination oxygen ratio is calculated, and the fuel supply unit is controlled so that the flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit becomes the command fuel flow rate. Thereby, the oxygen ratio of the gas supplied to the combustion unit can be accurately and more reliably set to the determination oxygen ratio. For this reason, incomplete combustion can be reliably generated in the combustion section, and combustible components that are not burned in the combustion section can be more reliably introduced into the combustion catalyst. Therefore, it is possible to more reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

請求項6に係る発明は、請求項4に記載の発明において前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量に基づいて、前記酸素比が前記判定定酸素比に低下する前記燃料電池から掃引される電流である指示電流を演算する指示電流演算部と、前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量及び前記指示電流演算部によって演算された前記指示電流に基づいて、前記酸素比が前記判定定酸素比に低下する前記酸化剤ガスの流量である指示酸化剤ガス流量を演算する指示酸化剤ガス流量演算部と、を有し、前記酸素比変更部は、前記燃料電池から掃引される前記掃引電流が前記指示電流となるように前記掃引電流変更部を制御するとともに、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量が前記指示酸化剤ガス流量となるように前記酸化剤ガス供給部を制御する。このように、酸素比が判定酸素比となる指示電流が演算されて、燃料電池から掃引される掃引電流が指示電流に変更され、酸素比が判定酸素比となる指示酸化剤ガス流量が演算されて、酸化剤ガス供給部が供給する酸化剤ガスの流量が指示酸化剤ガス流量に変更される。これにより、燃焼部に供給されるガスの酸素比を精度高くより確実に判定酸素比にすることができる。このため、燃焼部で確実に不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分をより確実に燃焼触媒に導入させることができる。よって、燃焼触媒の触媒反応の低下をより確実に判定することができる。   The invention according to claim 6 is swept from the fuel cell in which the oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio based on the flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit in the invention according to claim 4. Based on the flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit and the command current calculated by the command current calculation unit, the oxygen ratio is determined by the determined constant oxygen. An indicator oxidant gas flow rate calculation unit that calculates an indicator oxidant gas flow rate that is a flow rate of the oxidant gas that decreases to a ratio, and the oxygen ratio change unit sweeps the sweep current from the fuel cell. The sweep current changing unit to control the oxidant gas supply unit so that the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell becomes the indicated oxidant gas flow rate. To. In this way, the command current at which the oxygen ratio becomes the determination oxygen ratio is calculated, the sweep current swept from the fuel cell is changed to the command current, and the command oxidant gas flow rate at which the oxygen ratio becomes the determination oxygen ratio is calculated. Thus, the flow rate of the oxidant gas supplied by the oxidant gas supply unit is changed to the indicated oxidant gas flow rate. Thereby, the oxygen ratio of the gas supplied to the combustion unit can be accurately and more reliably set to the determination oxygen ratio. For this reason, incomplete combustion can be reliably generated in the combustion section, and combustible components that are not burned in the combustion section can be more reliably introduced into the combustion catalyst. Therefore, it is possible to more reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

請求項7に係る発明は、請求項5に記載の発明において、前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部を有し、前記指示燃料流量演算部は、前記改質部温度検出部によって検出された前記改質部の温度に基づいて、前記指示燃料流量を演算する。これにより、指示燃料流量演算部は、改質部の温度に基づいて、改質部によって生成された燃料の組成を演算することができる。そして、指示燃料流量演算部は、演算された燃料の組成に基づいて、指示燃料流量を演算する。これにより、燃料の組成に基づかない場合と比較して、より精度高く、燃焼部に供給されるガスの酸素比が判定酸素比となる指示燃料流量が演算される。このため、燃焼部に供給されるガスの酸素比をより確実に判定酸素比にすることができ、燃焼部でより確実に不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分をより確実に燃焼触媒に導入させることができる。よって、燃焼触媒の触媒反応の低下をより確実に判定することができる。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5, further comprising a reforming unit temperature detecting unit that detects a temperature of the reforming unit, wherein the indicated fuel flow rate calculating unit is configured to detect the reforming unit temperature. The indicated fuel flow rate is calculated based on the temperature of the reforming section detected by the section. Thus, the command fuel flow rate calculation unit can calculate the composition of the fuel generated by the reforming unit based on the temperature of the reforming unit. The command fuel flow rate calculation unit calculates the command fuel flow rate based on the calculated fuel composition. Thus, the indicated fuel flow rate is calculated such that the oxygen ratio of the gas supplied to the combustion section becomes the determination oxygen ratio with higher accuracy than in the case where it is not based on the fuel composition. For this reason, the oxygen ratio of the gas supplied to the combustion section can be more reliably set to the determination oxygen ratio, incomplete combustion can be more reliably generated in the combustion section, and combustible that has not been burned in the combustion section. The components can be more reliably introduced into the combustion catalyst. Therefore, it is possible to more reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

請求項8に係る発明は、請求項6に記載の発明において、前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部を有し、指示電流演算部は、前記改質部温度検出部によって検出された前記改質部の温度に基づいて、前記指示電流を演算する。これにより、改質部の温度に基づいて、改質部によって生成された燃料の組成を演算することができる。そして、指示電流演算部は、演算された燃料の組成に基づいて、指示電流演算する。これにより、燃料の組成に基づかない場合と比較して、より精度高く、燃焼部に供給されるガスの酸素比が判定酸素比となる指示燃料流量が演算される。このため、燃焼部に供給されるガスの酸素比をより確実に判定酸素比にすることができ、燃焼部でより確実に不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部で燃焼されなかった可燃成分をより確実に燃焼触媒に導入させることができる。よって、燃焼触媒の触媒反応の低下をより確実に判定することができる。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 6, further comprising a reforming unit temperature detection unit that detects a temperature of the reforming unit, and the command current calculation unit is controlled by the reforming unit temperature detection unit. The indicator current is calculated based on the detected temperature of the reforming unit. Thereby, the composition of the fuel produced | generated by the reforming part is computable based on the temperature of a reforming part. The command current calculation unit calculates the command current based on the calculated fuel composition. Thus, the indicated fuel flow rate is calculated such that the oxygen ratio of the gas supplied to the combustion section becomes the determination oxygen ratio with higher accuracy than in the case where it is not based on the fuel composition. For this reason, the oxygen ratio of the gas supplied to the combustion section can be more reliably set to the determination oxygen ratio, incomplete combustion can be more reliably generated in the combustion section, and combustible that has not been burned in the combustion section. The components can be more reliably introduced into the combustion catalyst. Therefore, it is possible to more reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst.

請求項9に係る発明は、請求項1〜請求項8に記載の発明において、前記温度検出部は、前記燃焼触媒から排気される排気ガスの温度又は前記燃焼触媒の温度を検出し、前記判定部は、前記酸素比変更部によって前記酸素比が変更された場合に、前記温度検出部によって検出された温度が判定温度未満の場合に、前記燃焼触媒の触媒反応が低下していると判定する。これにより、酸素比の変更に伴い、燃焼触媒に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大され、温度検出部によって検出された排気ガスの温度又は前燃焼触媒の温度が判定温度に達しない場合に、触媒反応が低下していると判定される。このように、温度検出部を複数設けなくても、燃焼触媒の触媒反応の低下を判定することができる。このため、燃料電池システムの製造コストの増大を抑制することができる。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the temperature detection unit detects a temperature of exhaust gas exhausted from the combustion catalyst or a temperature of the combustion catalyst, and performs the determination. And when the oxygen ratio is changed by the oxygen ratio changing unit and the temperature detected by the temperature detecting unit is lower than a determination temperature, the unit determines that the catalytic reaction of the combustion catalyst has decreased. . As a result, the flow rate of unburned combustible components introduced into the combustion catalyst is increased with the change in the oxygen ratio, and the temperature of the exhaust gas detected by the temperature detection unit or the temperature of the pre-combustion catalyst does not reach the determination temperature. In this case, it is determined that the catalytic reaction is decreasing. In this way, it is possible to determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst without providing a plurality of temperature detection units. For this reason, the increase in the manufacturing cost of a fuel cell system can be suppressed.

請求項10に係る発明は、請求項1〜請求項8に記載の発明において、前記温度検出部は、前記燃焼触媒から排気される排気ガスの温度又は前記燃焼触媒の温度を検出する第一温度検出部と、前記燃焼触媒に導入される前記燃焼ガスの温度を検出する第二温度検出部と、から構成され、前記判定部は、前記酸素比変更部によって前記酸素比が変更された場合に、前記第一温度検出部によって検出された温度から、前記第二温度検出部によって検出された温度を減算した温度差が、規定温度差未満である場合に、前記燃焼触媒の触媒反応が低下していると判定する。このように、燃焼触媒から排気される排気ガスの温度又は燃焼触媒の温度から燃焼触媒に導入される燃焼ガスの温度を減算した温度差によって、燃焼触媒の触媒反応が低下しているか否かが判定される。これにより、燃焼ガスの温度の高低に関わらす、燃焼触媒に導入される可燃成分の流量の増大に伴う燃焼触媒の温度の上昇を確実に検出することができる。このため、燃焼触媒の触媒反応が低下しているか否かをより、精度高く判定することができる。   The invention according to claim 10 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the temperature detector detects a temperature of exhaust gas exhausted from the combustion catalyst or a temperature of the combustion catalyst. A detection unit and a second temperature detection unit for detecting the temperature of the combustion gas introduced into the combustion catalyst, and the determination unit is configured when the oxygen ratio is changed by the oxygen ratio changing unit. When the temperature difference obtained by subtracting the temperature detected by the second temperature detector from the temperature detected by the first temperature detector is less than a specified temperature difference, the catalytic reaction of the combustion catalyst is reduced. It is determined that In this way, whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst is reduced by the temperature difference of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst or the temperature difference obtained by subtracting the temperature of the combustion gas introduced into the combustion catalyst from the temperature of the combustion catalyst. Determined. As a result, it is possible to reliably detect an increase in the temperature of the combustion catalyst accompanying an increase in the flow rate of the combustible component introduced into the combustion catalyst, regardless of the temperature of the combustion gas. For this reason, it can be determined with higher accuracy whether the catalytic reaction of the combustion catalyst is reduced.

本発明による燃料電池システムの一実施形態(第一実施形態)の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram showing an outline of one embodiment (first embodiment) of a fuel cell system according to the present invention. 燃焼部に導入される混合ガスの酸素比λと燃焼触媒から排気される排気ガスの温度T2の関係を表したグラフである。It is a graph showing the relationship between the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section and the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst. 燃焼部に導入される混合ガスの酸素比λを演算する方法の概要を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the outline | summary of the method of calculating oxygen ratio (lambda) of the mixed gas introduce | transduced into a combustion part. 改質部の温度と改質ガス組成との関係を示したマッピングデータである。It is the mapping data which showed the relationship between the temperature of a reforming part, and a reformed gas composition. 図1に示す制御装置で実行される「第一触媒反応低下判定処理」のフローチャートである。3 is a flowchart of a “first catalyst reaction decrease determination process” executed by the control device shown in FIG. 1. 図1に示す制御装置で実行される「第二触媒反応低下判定処理」のフローチャートである。3 is a flowchart of a “second catalyst reaction decrease determination process” executed by the control device shown in FIG. 1. 第二実施形態の燃料電池システムの概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the fuel cell system of 2nd embodiment.

以下、本発明による燃料電池システム100の一実施形態について説明する。図1に示すように、燃料電池システム100は、発電ユニット10及び貯湯槽21を備えている。発電ユニット10は、筐体10a、燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水タンク14、制御装置15、及び報知部17を備えている。   Hereinafter, an embodiment of the fuel cell system 100 according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a power generation unit 10 and a hot water storage tank 21. The power generation unit 10 includes a housing 10a, a fuel cell module 11, a heat exchanger 12, an inverter device 13, a water tank 14, a control device 15, and a notification unit 17.

燃料電池モジュール11は、ケーシング31、蒸発部32、改質部33、及び燃料電池34を備えている。ケーシング31は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部32は、後述する燃焼部36によって燃焼された燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部32は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部33に供給するものである。   The fuel cell module 11 includes a casing 31, an evaporation unit 32, a reforming unit 33, and a fuel cell 34. The casing 31 is formed in a box shape with a heat insulating material. The evaporation unit 32 is heated by combustion gas burned by the combustion unit 36 described later, evaporates the supplied reforming water to generate steam, and preheats the supplied reforming raw material. . The evaporation section 32 mixes the steam generated in this way and the preheated reforming raw material and supplies the mixture to the reforming section 33.

蒸発部32には、改質用原料供給管11aの一端が接続されている。改質用原料供給管11aの他端には、供給源Gsが接続されている。供給源Gsは、改質用原料を供給するものである。改質用原料としては天然ガス、LPガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。改質用原料として天然ガスを用いた実施形態について、本実施形態の燃料電池システム100を説明する。   One end of a reforming material supply pipe 11a is connected to the evaporation section 32. A supply source Gs is connected to the other end of the reforming material supply pipe 11a. The supply source Gs supplies a raw material for reforming. As reforming raw materials, there are gas fuels for reforming such as natural gas and LP gas, and liquid fuels for reforming such as kerosene, gasoline and methanol. A fuel cell system 100 according to this embodiment will be described with respect to an embodiment using natural gas as a reforming raw material.

改質用原料供給管11aには、上流から順番に遮断弁11a1、脱硫器11a2、改質用原料流量センサ11a3、バッファタンク11a4、原料ポンプ11a5、及び逆止弁11a6が設けられている。遮断弁11a1は改質用原料供給管11aを制御装置15の指令によって開閉自在に遮断する弁(2連弁)である。脱硫器11a2は改質用原料中の硫黄分(例えば、硫黄化合物)を除去するものである。改質用原料流量センサ11a3は、蒸発部32に供給されている改質用原料の流量、すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置15に送信している。バッファタンク11a4は、原料ポンプ11a5の脈動により改質用原料流量センサ11a3の精度低下や真値からの逸脱を抑制するものである。   The reforming material supply pipe 11a is provided with a shut-off valve 11a1, a desulfurizer 11a2, a reforming material flow rate sensor 11a3, a buffer tank 11a4, a material pump 11a5, and a check valve 11a6 in order from the upstream. The shut-off valve 11a1 is a valve (double valve) that shuts off the reforming material supply pipe 11a in a freely openable / closable state according to a command from the control device 15. The desulfurizer 11a2 removes a sulfur content (for example, a sulfur compound) in the reforming raw material. The reforming material flow rate sensor 11 a 3 detects the flow rate of the reforming material supplied to the evaporation unit 32, that is, the flow rate per unit time, and transmits the detection result to the control device 15. The buffer tank 11a4 suppresses a decrease in accuracy of the reforming raw material flow rate sensor 11a3 and a deviation from the true value due to the pulsation of the raw material pump 11a5.

原料ポンプ11a5は、改質用原料を蒸発部32に供給することにより、燃料電池34に改質ガス(燃料)を供給する供給装置であり、制御装置15からの制御指令値によって供給源Gsからの燃料供給量(供給流量(単位時間あたりの流量))を調整するものである。逆止弁11a6は、原料ポンプ11a5と燃料電池モジュール11(蒸発部32)との間に配設されており、原料ポンプ11a5から燃料電池モジュール11への流れを許容するがその反対方向の流れを禁止するものである。   The raw material pump 11 a 5 is a supply device that supplies a reformed raw material (fuel) to the fuel cell 34 by supplying the raw material for reforming to the evaporation section 32. The fuel supply amount (supply flow rate (flow rate per unit time)) is adjusted. The check valve 11a6 is disposed between the raw material pump 11a5 and the fuel cell module 11 (evaporating part 32), and allows the flow from the raw material pump 11a5 to the fuel cell module 11, but the flow in the opposite direction is allowed. It is forbidden.

蒸発部32には、水供給管11bの一端が接続されている。水供給管11bの他端には、水タンク14に接続されている。水供給管11bは、改質水ポンプ11b1が設けられている。このような構成によって、水タンク14から改質水が蒸発部32に供給される。   One end of a water supply pipe 11b is connected to the evaporation section 32. The other end of the water supply pipe 11b is connected to the water tank. The water supply pipe 11b is provided with a reforming water pump 11b1. With such a configuration, the reformed water is supplied from the water tank 14 to the evaporation unit 32.

燃料電池34には、カソードエア供給管11cの一端が接続されている。カソードエア供給管11cの他端には、カソードエアブロワ11c1が接続されている。このような構成によって、カソードエアが燃料電池34に供給される。カソードエア供給管11cのカソードエアブロワ11c1の下流側には、燃料電池34に供給されるカソードエアの流量を検出するカソードエア流量センサ11c2が設けられている。   One end of a cathode air supply pipe 11 c is connected to the fuel cell 34. A cathode air blower 11c1 is connected to the other end of the cathode air supply pipe 11c. With such a configuration, cathode air is supplied to the fuel cell 34. A cathode air flow sensor 11c2 for detecting the flow rate of cathode air supplied to the fuel cell 34 is provided on the downstream side of the cathode air blower 11c1 of the cathode air supply pipe 11c.

改質部33は、後述する燃焼部36によって燃焼された燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部32から供給された原料ガス(改質用原料、水蒸気)から改質ガスを生成して導出するものである。改質部33内には、触媒(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、原料ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。すなわち、改質部33では、下記化1及び化2に示す反応が生じている。
(化1)CH+HO→CO+3H
(化2)HO+CO⇔H+CO
このように生成された改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス(メタンガス)、改質に使用されなかった改質水(水蒸気)を含んでいる。このように、改質部33は、改質用原料と改質水とから改質ガス(燃料)を生成して燃料電池34に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
The reforming unit 33 is heated by the combustion gas burned by the combustion unit 36 described later and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction, so that the source gas (reforming raw material) supplied from the evaporation unit 32 is supplied. , Water vapor) to generate and derive the reformed gas. The reforming unit 33 is filled with a catalyst (for example, Ru or Ni-based catalyst), and the raw material gas reacts with the catalyst and is reformed to generate a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide. (So-called steam reforming reaction). That is, in the reforming part 33, the reactions shown in the following chemical formulas 1 and 2 occur.
(Chemical Formula 1) CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2
(Chemical Formula 2) H 2 O + CO⇔H 2 + CO 2
The reformed gas thus generated contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. As described above, the reforming unit 33 generates reformed gas (fuel) from the reforming raw material and the reformed water and supplies the reformed gas (fuel) to the fuel cell 34. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.

改質部33には、改質部33の温度T1(触媒の温度)を検出する、改質部温度センサ33aが設けられている。改質部温度センサ33aの検出結果(出力信号)は制御装置15に送信される。   The reforming unit 33 is provided with a reforming unit temperature sensor 33a that detects the temperature T1 (catalyst temperature) of the reforming unit 33. The detection result (output signal) of the reforming unit temperature sensor 33 a is transmitted to the control device 15.

燃料電池34は、改質部33によって生成された改質ガス(燃料)とカソードエアブロワ11c1によって供給されたカソードエア(酸化剤ガス)によって発電するものである。燃料電池34は、燃料極、空気極(酸化剤極)、及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル34aが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池34は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池34の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。   The fuel cell 34 generates power using the reformed gas (fuel) generated by the reforming unit 33 and the cathode air (oxidant gas) supplied by the cathode air blower 11c1. The fuel cell 34 is configured by laminating a fuel electrode, an air electrode (oxidant electrode), and a plurality of cells 34a made of an electrolyte interposed between the two electrodes. The fuel cell 34 of the present embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas, etc. are supplied to the fuel electrode of the fuel cell 34 as fuel.

燃料極では、下記化3及び化4に示す反応が生じている。
(化3)
+O2−→HO+2e
(化4)
CO+O2−→CO+2e
In the fuel electrode, the reactions shown in Chemical Formula 3 and Chemical Formula 4 below occur.
(Chemical formula 3)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e
(Chemical formula 4)
CO + O 2− → CO 2 + 2e

空気極では、下記化5に示す反応が生じている。
(化5)
1/2O+2e→O
すなわち、空気極で生成した酸化物イオン(O2−)が電界質を透過し、燃料極で水素と反応することによって電気エネルギーを発生させている。
In the air electrode, the reaction shown in Chemical Formula 5 below occurs.
(Chemical formula 5)
1 / 2O 2 + 2e → O 2
That is, oxide ions (O 2− ) generated at the air electrode permeate the electrolyte and react with hydrogen at the fuel electrode to generate electrical energy.

なお、燃料電池34の動作温度は400〜1000℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。   The operating temperature of the fuel cell 34 is about 400 to 1000 ° C. Not only hydrogen but also natural gas and coal gas can be used directly as fuel.

セル34aの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路34bが形成されている。セル34aの空気極側には、酸化剤ガスである空気(カソードエア)が流通する空気流路34cが形成されている。   On the fuel electrode side of the cell 34a, a fuel flow path 34b through which the reformed gas as the fuel flows is formed. An air flow path 34c through which air (cathode air) that is an oxidant gas flows is formed on the air electrode side of the cell 34a.

燃料電池34は、マニホールド35上に設けられている。マニホールド35には、改質部33からの改質ガスが改質ガス供給管38を介して供給される。燃料流路34bは、その下端(一端)がマニホールド35の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ11c1によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管11cを介して供給され、空気流路34cの下端から導入され上端から導出されるようになっている。   The fuel cell 34 is provided on the manifold 35. The reformed gas from the reforming unit 33 is supplied to the manifold 35 via the reformed gas supply pipe 38. The lower end (one end) of the fuel flow path 34b is connected to the fuel outlet of the manifold 35, and the reformed gas led out from the fuel outlet is introduced from the lower end and led out from the upper end. . The cathode air sent out by the cathode air blower 11c1 is supplied via the cathode air supply pipe 11c, introduced from the lower end of the air flow path 34c, and led out from the upper end.

燃焼部36は、燃料電池34と蒸発部32及び改質部33との間に設けられている。燃焼部36は、燃料電池34から排気される可燃成分を含むアノードオフガス(燃料オフガス)を、燃料電池34から排気されるカソードオフガス(酸化剤オフガス)で燃焼させて、燃焼後に発生する燃焼ガスによって蒸発部32及び改質部33を加熱する。   The combustion unit 36 is provided between the fuel cell 34, the evaporation unit 32, and the reforming unit 33. The combustion unit 36 burns anode off-gas (fuel off-gas) containing combustible components exhausted from the fuel cell 34 with cathode off-gas (oxidant off-gas) exhausted from the fuel cell 34, and uses combustion gas generated after combustion. The evaporation unit 32 and the reforming unit 33 are heated.

燃焼部36では、アノードオフガスが燃焼されて火炎37が発生している。燃焼部36には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ36a1,36a2が設けられている。   In the combustion unit 36, the anode off gas is burned and a flame 37 is generated. The combustion unit 36 is provided with a pair of ignition heaters 36a1 and 36a2 for igniting the anode off gas.

熱交換器12は、燃料電池モジュール11から排気される排気ガスが供給されるとともに貯湯槽21からの貯湯水が供給され、排気ガスと貯湯水とを熱交換させる装置である。貯湯槽21は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する(図1にて矢印の方向に循環する)貯湯水循環ライン22が接続されている。貯湯水循環ライン22上には、貯湯槽21の下端から上端に向かって順番に循環ポンプ22a及び熱交換器12が配設されている。熱交換器12は、水タンク14に接続されている凝縮水供給管12aが接続されている。   The heat exchanger 12 is a device that is supplied with exhaust gas exhausted from the fuel cell module 11 and supplied with hot water from the hot water storage tank 21 to exchange heat between the exhaust gas and hot water. The hot water storage tank 21 stores hot water, and is connected to a hot water circulation line 22 through which the hot water circulates (circulates in the direction of the arrow in FIG. 1). On the hot water circulation line 22, a circulation pump 22 a and a heat exchanger 12 are arranged in order from the lower end to the upper end of the hot water tank 21. The heat exchanger 12 is connected to a condensed water supply pipe 12 a connected to the water tank 14.

熱交換器12において、燃料電池モジュール11からの排気ガスは、排気ガス導入部12bを通って熱交換器12内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われて冷却され、排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮され凝縮水が生成される。熱交換後の排気ガスは排気管12cを通り、筐体10aに設けられた第一排気口10bを通って、筐体10aの外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管12aを通って水タンク14に供給される。なお、水タンク14は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。   In the heat exchanger 12, the exhaust gas from the fuel cell module 11 is introduced into the heat exchanger 12 through the exhaust gas introducing portion 12b, and is cooled by exchanging heat with the hot water stored in the exhaust gas. The water vapor contained in the water is condensed to produce condensed water. The exhaust gas after heat exchange passes through the exhaust pipe 12c, passes through the first exhaust port 10b provided in the housing 10a, and is discharged to the outside of the housing 10a. Moreover, the condensed condensed water is supplied to the water tank 14 through the condensed water supply pipe 12a. The water tank 14 purifies the condensed water with ion exchange resin.

上述した熱交換器12、貯湯槽21及び貯湯水循環ライン22から、排熱回収システム20が構成されている。排熱回収システム20は、燃料電池モジュール11の排熱を貯湯水に回収して蓄える。   The heat exchanger 12, the hot water tank 21, and the hot water circulation line 22 described above constitute an exhaust heat recovery system 20. The exhaust heat recovery system 20 recovers and stores the exhaust heat of the fuel cell module 11 in hot water storage.

熱交換器12の排気ガス導入部12bの入口がケーシング31に接続されている部分、すなわちケーシング31の導出口31aには、燃焼触媒28が設けられている。燃焼触媒28には、燃焼部36から排気される燃焼ガスが導入される。燃焼触媒28は、燃焼ガスに含まれる燃焼部36において未燃焼の可燃成分(例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など)を触媒反応によって燃焼させる。燃焼触媒28には、プラチナやパラジウムなどの貴金属をセラミックの単体などに担持させたものが含まれる。なお、燃焼触媒28は、水素、メタンガス、一酸化炭素などの可燃成分を火炎燃焼でなく触媒反応によって燃焼させる、燃焼速度が大きく、燃焼効率も高いため未燃焼ガスの排出を抑制することができる。   A combustion catalyst 28 is provided at a portion where the inlet of the exhaust gas inlet 12 b of the heat exchanger 12 is connected to the casing 31, that is, at the outlet 31 a of the casing 31. Combustion gas exhausted from the combustion unit 36 is introduced into the combustion catalyst 28. The combustion catalyst 28 burns unburned combustible components (for example, hydrogen, methane gas, carbon monoxide, etc.) by a catalytic reaction in the combustion section 36 included in the combustion gas. The combustion catalyst 28 includes a catalyst in which a precious metal such as platinum or palladium is supported on a single ceramic body. The combustion catalyst 28 burns combustible components such as hydrogen, methane gas, and carbon monoxide not by flame combustion but by a catalytic reaction. The combustion catalyst 28 has a high combustion speed and high combustion efficiency, so that the emission of unburned gas can be suppressed. .

燃焼触媒28には、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒ヒータ28aが設けられている。燃焼触媒ヒータ28aは制御装置15の指示によって加熱され、システム起動前に燃焼触媒28を活性温度まで上昇させるために使用されるものである。また、燃焼触媒28の直下流位置には、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2を検出するための温度センサ28b(温度検出部)が設けられている。温度センサ28bの検出結果(出力信号)は制御装置15に送信される。   The combustion catalyst 28 is provided with a combustion catalyst heater 28a for heating the combustion catalyst to the activation temperature of the catalyst and combusting combustible components. The combustion catalyst heater 28a is heated by an instruction from the control device 15, and is used to raise the combustion catalyst 28 to an activation temperature before the system is started. A temperature sensor 28b (temperature detection unit) for detecting the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 is provided immediately downstream of the combustion catalyst 28. The detection result (output signal) of the temperature sensor 28 b is transmitted to the control device 15.

インバータ装置13は、燃料電池34によって発電された電流を掃引する。この電流を以下に、掃引電流と呼ぶ。そして、インバータ装置13は、掃引した直流電流である掃引電流を交流電流に変換し、当該交流電を交流の系統電源16a及び外部電力負荷16c(例えば電化製品)に接続されている電源ライン16bに出力する。インバータ装置13は、掃引電流の電流値を検出することができ、掃引電流量を増減させることができる。インバータ装置13には、系統電源16aからの交流電流が電源ライン16bを介して入力される。そして、インバータ装置13は、入力された交流電流を所定の直流電流に変換して補機(各ポンプ、ブロワなど)や制御装置15に出力する。   The inverter device 13 sweeps the current generated by the fuel cell 34. This current is hereinafter referred to as a sweep current. The inverter device 13 converts the swept current, which is a swept DC current, into an AC current, and outputs the AC power to the power supply line 16b connected to the AC system power supply 16a and the external power load 16c (for example, an electrical appliance). To do. The inverter device 13 can detect the current value of the sweep current and can increase or decrease the sweep current amount. An alternating current from the system power supply 16a is input to the inverter device 13 through the power supply line 16b. The inverter device 13 converts the input alternating current into a predetermined direct current and outputs the converted direct current to an auxiliary machine (each pump, blower, etc.) or the control device 15.

制御装置15は、燃料電池システム100を統括制御するものである。制御装置15は、補機を駆動して燃料電池システム100の運転を制御する。制御装置15は、改質用原料流量センサ11a3によって検出された改質用原料の蒸発部32への流量に基づいて、原料ポンプ11a5が蒸発部32に供給する改質用原料の流量をフィードバック制御する。また、制御装置15は、カソードエア流量センサ11c2によって検出されたカソードエアの燃料電池34への流量に基づいて、カソードエアブロワ11c1が燃料電池34に供給するカソードエアの流量をフィードバック制御する。なお、制御装置15は、リニア電流制御によって、原料ポンプ11a5を駆動するモータ(不図示)や、カソードエアブロワ11c1を駆動するモータ(不図示)に供給する電流量を調整する。ここでいうリニア電流制御とは、原料ポンプ11a5を駆動する電圧デューティー比を変更し、実効電流を除変させるPWM制御が含まれる。   The control device 15 performs overall control of the fuel cell system 100. The control device 15 controls the operation of the fuel cell system 100 by driving an auxiliary machine. The control device 15 feedback-controls the flow rate of the reforming material supplied to the evaporation unit 32 by the material pump 11a5 based on the flow rate of the reforming material to the evaporation unit 32 detected by the reforming material flow rate sensor 11a3. To do. Further, the control device 15 feedback-controls the flow rate of the cathode air supplied from the cathode air blower 11c1 to the fuel cell 34 based on the flow rate of the cathode air to the fuel cell 34 detected by the cathode air flow rate sensor 11c2. The control device 15 adjusts the amount of current supplied to a motor (not shown) for driving the raw material pump 11a5 and a motor (not shown) for driving the cathode air blower 11c1 by linear current control. Here, the linear current control includes PWM control for changing the voltage duty ratio for driving the raw material pump 11a5 and changing the effective current.

制御装置15は、原料ポンプ11a5によって蒸発部32に供給される改質用原料の流量を調整するとともに、改質水ポンプ11b1によって蒸発部32に供給される改質水の流量を調整し、更に、カソードエアブロワ11c1によって燃料電池34に供給されるカソードエアの流量を調整することによって、燃料電池34で発電される発電電力を調整するとともに、燃焼部36で発生した熱量を調整して、蒸発部32及び改質部に供給される熱量を調整する。   The control device 15 adjusts the flow rate of the reforming raw material supplied to the evaporation unit 32 by the raw material pump 11a5, adjusts the flow rate of the reforming water supplied to the evaporation unit 32 by the reforming water pump 11b1, By adjusting the flow rate of cathode air supplied to the fuel cell 34 by the cathode air blower 11c1, the generated power generated by the fuel cell 34 is adjusted and the amount of heat generated in the combustion unit 36 is adjusted to evaporate. The amount of heat supplied to the section 32 and the reforming section is adjusted.

(触媒反応低下判定方法の説明)
以下に、図2に示すグラフを用いて、燃焼触媒28の触媒反応が低下したか否かを判定する方法について説明する。図2は、燃焼部36に導入されるアノードオフガスとカソードオフガスの混合物である混合ガスの酸素比λと燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2との関係を表したグラフである。
図2において、酸素比λとは、下式(1)に示す値である。
λ=A/B…(1)
λ=酸素比
A=燃焼部36に実際に導入された酸素流量
B=アノードオフガスに含まれる可燃成分を完全燃焼させるために必要な理想的な酸素流量
(Explanation of catalytic reaction decrease judgment method)
A method for determining whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has decreased will be described below using the graph shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the oxygen ratio λ of the mixed gas, which is a mixture of the anode off-gas and the cathode off-gas introduced into the combustion unit 36, and the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28.
In FIG. 2, the oxygen ratio λ is a value shown in the following formula (1).
λ = A / B (1)
λ = oxygen ratio A = oxygen flow rate actually introduced into the combustor 36 B = ideal oxygen flow rate necessary for complete combustion of combustible components contained in the anode off-gas

燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが、燃焼部36で混合ガスの不完全燃焼が開始される不完全燃焼開始酸素比λ0(例えば1.2)よりも低くなると、燃焼部36においてアノードオフガスが不完全燃焼する。すると、燃焼部36から排気されて燃焼触媒28に導入される燃焼ガスに含まれる可燃成分の流量が増大する。そして、燃焼触媒28に導入された燃焼ガスに含まれる可燃成分が、燃焼触媒28において燃焼するので、図2の1に示すように、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが不完全燃焼開始酸素比λ0よりも高い場合と比べて、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が上昇する。   When the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 becomes lower than the incomplete combustion start oxygen ratio λ 0 (for example, 1.2) at which incomplete combustion of the mixed gas is started in the combustion unit 36, the combustion unit 36. The anode off gas burns incompletely. Then, the flow rate of the combustible component contained in the combustion gas exhausted from the combustion unit 36 and introduced into the combustion catalyst 28 increases. Then, since the combustible component contained in the combustion gas introduced into the combustion catalyst 28 burns in the combustion catalyst 28, the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 is not as shown in 1 of FIG. The temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 increases as compared with the case where the complete combustion start oxygen ratio λ0 is higher.

一方で、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが不完全燃焼開始酸素比λ0よりも高い場合には、燃焼部36においてアノードオフガスが殆ど燃焼する。すると、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが不完全燃焼開始酸素比λ0より低い場合と比べて、燃焼触媒28に導入される可燃成分の流量は少なくなり、燃焼触媒28において可燃成分が燃焼することに起因する発熱量が小さくなり、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2も低下する。   On the other hand, when the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is higher than the incomplete combustion start oxygen ratio λ0, the anode off-gas almost burns in the combustion unit 36. As a result, the flow rate of the combustible component introduced into the combustion catalyst 28 is reduced compared with the case where the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is lower than the incomplete combustion start oxygen ratio λ0, and the combustion catalyst 28 combusts. The amount of heat generated due to the combustion of the components decreases, and the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 also decreases.

このような図2に示す特性を用いて、本発明では、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを不完全燃焼開始酸素比λ0より低い判定酸素比λaに低下させて、燃焼触媒28に導入される燃焼ガスに含まれる可燃成分の流量を増大させる。そして、燃焼触媒28の温度が判定温度T2a以上に上昇するか否かによって、燃焼触媒28の燃焼反応が低下しているか否かを判定する。つまり、燃焼触媒28のおける触媒反応が低下している場合には、燃焼触媒28に導入される燃焼ガスに含まれる可燃成分の流量が増大しても、当該可燃成分が燃焼触媒28における触媒反応によって完全に燃焼されないので、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が燃焼触媒28の触媒反応が低下していない場合と比較して上昇しない。この原理を用いて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが不完全燃焼開始酸素比λ0より低い判定酸素比λaに低下されても、燃焼触媒28の温度が判定温度T2a以上に上昇しなかった場合には、燃焼触媒28の触媒反応が低下していると判定する。   2 is used to reduce the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 to a determination oxygen ratio λa lower than the incomplete combustion start oxygen ratio λ0. The flow rate of the combustible component contained in the combustion gas introduced into 28 is increased. Then, it is determined whether or not the combustion reaction of the combustion catalyst 28 is decreasing depending on whether or not the temperature of the combustion catalyst 28 rises above the determination temperature T2a. That is, when the catalytic reaction in the combustion catalyst 28 is reduced, even if the flow rate of the combustible component contained in the combustion gas introduced into the combustion catalyst 28 is increased, the combustible component is reacted in the combustion catalyst 28. Therefore, the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 does not increase as compared with the case where the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 does not decrease. Using this principle, even if the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 is lowered to the determination oxygen ratio λa lower than the incomplete combustion start oxygen ratio λ0, the temperature of the combustion catalyst 28 becomes equal to or higher than the determination temperature T2a. If it has not increased, it is determined that the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has decreased.

(酸素比λの演算方法)
次に、図3及び図4を用いて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを演算する方法について以下に順次説明する。
(1) 改質用原料流量センサ11a3によって検出された改質用原料の流量に基づいて、改質部33から流出する改質ガスの流量が演算される。
(Calculation method of oxygen ratio λ)
Next, a method for calculating the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 will be sequentially described below with reference to FIGS. 3 and 4.
(1) The flow rate of the reformed gas flowing out from the reforming unit 33 is calculated based on the flow rate of the reforming material detected by the reforming material flow rate sensor 11a3.

(2) 改質部温度センサ33aによって検出された改質部33の温度に基づいて、図4に示すマッピングデータを参照して、改質ガスの組成を演算する。なお、図4に示すように、改質部33の温度が高くなるに従って、改質ガス中に含まれるメタン(CH)の割合は少なくなる。また、改質部33の温度が高くなるに従って、改質ガス中に含まれる水素(H)の割合は多くなる。また、改質部33の温度が高くなるに従って、改質ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)の割合は多くなるが、水素の割合よりもより多くならない。 (2) Based on the temperature of the reforming unit 33 detected by the reforming unit temperature sensor 33a, the reformed gas composition is calculated with reference to the mapping data shown in FIG. As shown in FIG. 4, the proportion of methane (CH 4 ) contained in the reformed gas decreases as the temperature of the reforming unit 33 increases. Further, as the temperature of the reforming section 33 increases, the proportion of hydrogen (H 2 ) contained in the reformed gas increases. Further, as the temperature of the reforming section 33 increases, the proportion of carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas increases, but does not increase more than the proportion of hydrogen.

(3) (1)で演算された改質ガスの流量と、(2)で演算された改質ガスの組成に基づいて、改質部33から燃料電池34に供給される改質ガスの各可燃成分の流量が演算される。
(4) 燃料電池34から掃引される掃引電流に基づいて、燃料電池34で消費される水素の流量が演算される。
(3) Based on the flow rate of the reformed gas calculated in (1) and the composition of the reformed gas calculated in (2), each of the reformed gases supplied from the reforming unit 33 to the fuel cell 34 The flow rate of the combustible component is calculated.
(4) The flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 34 is calculated based on the sweep current swept from the fuel cell 34.

(5) (3)で演算された燃料電池34に供給される改質ガスの各可燃成分の流量と、(4)で演算された燃料電池34で消費される水素の流量に基づいて、燃料電池34から燃焼部36に供給されるアノードオフガスの各可燃成分の流量が演算される。つまり、改質ガスに含まれる水素の流量から燃料電池34で消費される水素の流量が減算されて、アノードオフガスに含まれる水素の流量が演算される。そして、改質ガスの可燃成分のうち水素を除いた各可燃成分の流量が、アノードオフガスの可燃成分のうち水素を除いた各可燃成分の流量として演算される。 (5) Based on the flow rate of each combustible component of the reformed gas supplied to the fuel cell 34 calculated in (3) and the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 34 calculated in (4), the fuel The flow rate of each combustible component of the anode off gas supplied from the battery 34 to the combustion unit 36 is calculated. That is, the flow rate of hydrogen contained in the anode off gas is calculated by subtracting the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 34 from the flow rate of hydrogen contained in the reformed gas. Then, the flow rate of each combustible component excluding hydrogen among the combustible components of the reformed gas is calculated as the flow rate of each combustible component excluding hydrogen among the combustible components of the anode off gas.

(6) (5)で演算されたアノードオフガスの各可燃成分の流量に基づいて、燃焼部36に供給されるアノードオフガスを完全燃焼させるのに必要な理想的な酸素量が演算される。 (6) Based on the flow rate of each combustible component of the anode off gas calculated in (5), the ideal amount of oxygen necessary to completely burn the anode off gas supplied to the combustion unit 36 is calculated.

(7) 燃料電池34から掃引される掃引電流に基づいて、燃料電池34で消費される酸素の流量が演算される。
(8) カソードエア流量センサ11c2によって検出されたカソードエアの流量と、(7)で演算された燃料電池34で消費される酸素の流量に基づいて、燃料電池34から燃焼部36に供給されるカソードオフガスに含まれる酸素流量が演算される。つまり、カソードエアに含まれる酸素の流量から、燃料電池34で消費される酸素の流量が減算されて、カソードオフガスに含まれる酸素流量が演算される。
(7) The flow rate of oxygen consumed in the fuel cell 34 is calculated based on the sweep current swept from the fuel cell 34.
(8) Based on the flow rate of the cathode air detected by the cathode air flow rate sensor 11c2 and the flow rate of oxygen consumed in the fuel cell 34 calculated in (7), the fuel cell 34 supplies the combustion unit 36 with the flow rate. The flow rate of oxygen contained in the cathode off gas is calculated. That is, the flow rate of oxygen consumed in the fuel cell 34 is subtracted from the flow rate of oxygen contained in the cathode air to calculate the flow rate of oxygen contained in the cathode off gas.

(9) (8)で演算されたカソードオフガスに含まれる酸素流量を、(6)で演算されたアノードオフガスを完全燃焼させるのに必要な理想的な酸素量で除算することによって、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが演算される。
以下に、燃焼触媒28に触媒反応の低下を判定する具体的な方法について説明する。
(9) By dividing the flow rate of oxygen contained in the cathode offgas calculated in (8) by the ideal amount of oxygen necessary for complete combustion of the anode offgas calculated in (6), the combustion unit 36 The oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into is calculated.
Below, the specific method of determining the fall of a catalytic reaction with the combustion catalyst 28 is demonstrated.

(第一触媒反応低下判定処理)
以下に図5に示すフローチャートを用いて、「第一触媒反応低下判定処理」について説明する。「第一触媒反応低下判定処理」は、燃料電池34から掃引される掃引電流、及び燃料電池34に供給されるカソードエアの流量を保ったまま、蒸発部32に供給される改質用原料の流量を増大させて、つまり、燃料電池34に供給される改質ガスの流量を増大させることにより燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaとして、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定する方法である。燃料電池システムが起動すると、制御装置15は、プログラムをステップS11に進める。
(First catalytic reaction decrease judgment process)
The “first catalyst reaction decrease determination process” will be described below using the flowchart shown in FIG. The “first catalyst reaction decrease determination process” is a process for determining the reforming raw material supplied to the evaporation section 32 while maintaining the sweep current swept from the fuel cell 34 and the flow rate of the cathode air supplied to the fuel cell 34. By increasing the flow rate, that is, by increasing the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell 34, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 is set as the determination oxygen ratio λa, and the catalyst of the combustion catalyst 28 This is a method for determining whether or not the reaction has decreased. When the fuel cell system is activated, the control device 15 advances the program to step S11.

ステップS11において、制御装置15は、原料ポンプ11a5、カソードエアブロワ11c1、及び改質水ポンプ11b1を制御することにより、燃料電池34において発電を開始させる。ステップS11が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS12に進める。   In step S11, the control device 15 starts power generation in the fuel cell 34 by controlling the raw material pump 11a5, the cathode air blower 11c1, and the reforming water pump 11b1. When step S11 ends, the control device 15 advances the program to step S12.

ステップS12において、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、改質部温度センサ33aによって検出された改質部33の温度に基づいて、図4に示すマッピングデータを参照することにより、改質部33から燃料電池34に供給される改質ガスの組成の演算を開始する(図3の2)。ステップS12が終了すると、制御装置15は、プログラムをS13に進める。   In step S12, the control device 15 (instructed fuel flow rate calculation unit) refers to the mapping data shown in FIG. 4 based on the temperature of the reforming unit 33 detected by the reforming unit temperature sensor 33a, thereby reforming. Calculation of the composition of the reformed gas supplied from the unit 33 to the fuel cell 34 is started (2 in FIG. 3). When step S12 ends, the control device 15 advances the program to S13.

ステップS13において、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、インバータ装置13によって燃料電池34から掃引されている掃引電流に基づいて、燃料電池34において消費される水素の流量の演算を開始する(図3の4)。ステップS13が終了すると、制御装置15は、プログラムをS14に進める。   In step S13, the control device 15 (instructed fuel flow rate calculation unit) starts calculating the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 34 based on the sweep current being swept from the fuel cell 34 by the inverter device 13 ( 4) of FIG. When step S13 ends, the control device 15 advances the program to S14.

ステップS14において、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、インバータ装置13によって燃料電池34から掃引されている掃引電流に基づいて、燃料電池34において消費される酸素の流量の演算を開始する(図3の7)。次に、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、カソードエア流量センサ11c2によって検出されたカソードエアの流量、燃料電池34において消費される酸素の流量に基づいて、燃料電池34から燃焼部36に供給されるカソードオフガスに含まれる酸素の流量の演算を開始する(図3の8)。ステップS14が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS21に進める。   In step S <b> 14, the control device 15 (indicated fuel flow rate calculation unit) starts calculating the flow rate of oxygen consumed in the fuel cell 34 based on the sweep current being swept from the fuel cell 34 by the inverter device 13 ( 7) in FIG. Next, the control device 15 (instructed fuel flow rate calculation unit) determines from the fuel cell 34 to the combustion unit 36 based on the cathode air flow rate detected by the cathode air flow rate sensor 11c2 and the oxygen flow rate consumed in the fuel cell 34. The calculation of the flow rate of oxygen contained in the cathode off gas supplied to is started (8 in FIG. 3). When step S14 ends, the control device 15 advances the program to step S21.

ステップS21において、制御装置15は、タイマーTMのカウントを開始させる。ステップS21が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS22に進める。   In step S21, the control device 15 starts counting of the timer TM. When step S21 ends, the control device 15 advances the program to step S22.

ステップS22において、制御装置15は、タイマーTMが規定時間TMa(例えば1日)を経過したと判断した場合には(ステップS22:YES)、プログラムをS23に進める。一方で、制御装置15は、タイマーTMが規定時間TMaを経過していないと判断した場合には(ステップS22:NO)、ステップS22の処理を繰り返す。   In step S22, when it is determined that the timer TM has passed a specified time TMa (for example, 1 day) (step S22: YES), the control device 15 advances the program to S23. On the other hand, when it is determined that the timer TM has not passed the specified time TMa (step S22: NO), the control device 15 repeats the process of step S22.

ステップS23において、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、図3を用いて説明した上述の方法によって、ステップS12で演算を開始した改質ガスの組成、ステップS13で演算を開始した燃料電池34での消費水素流量、及びステップS14で演算したカソードオフガスに含まれる酸素の流量に基づいて、判定酸素比λaとなる指示原料流量Faを演算する。なお、判定酸素比λaは、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定する際における、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比である。また、判定酸素比λaは、燃焼触媒28の触媒反応が低下していない場合に、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaにされると、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が判定温度T2aとなるような値である。なお、判定酸素比λaは、1以上であることが好ましい。燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが、1未満の判定酸素比λaにされると、燃焼部36において可燃成分が不完全燃焼することに起因する煤が発生し、当該煤によって、燃焼部36よりも下流側の流通路が閉塞されてしまうおそれがあるからである。また、指示原料流量Faは、燃料電池34から掃引される掃引電流、及び燃料電池34に供給されるカソードエアの流量が保たれたまま、判定酸素比λaとなるような原料ポンプ11a5が供給する改質用原料の流量である。ステップS23が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS24に進める。   In step S23, the control device 15 (indicated fuel flow rate calculation unit) uses the above-described method described with reference to FIG. 3 to determine the composition of the reformed gas that has been calculated in step S12 and the fuel cell that has been calculated in step S13. Based on the hydrogen consumption flow rate at 34 and the flow rate of oxygen contained in the cathode off-gas calculated at step S14, the indicated raw material flow rate Fa that provides the determination oxygen ratio λa is calculated. The determination oxygen ratio λa is the oxygen ratio of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 when determining whether the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is decreasing. The determination oxygen ratio λa is exhausted from the combustion catalyst 28 when the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 is set to the determination oxygen ratio λa when the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has not decreased. The value is such that the temperature T2 of the exhaust gas to be made becomes the determination temperature T2a. The determination oxygen ratio λa is preferably 1 or more. When the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is set to a determination oxygen ratio λa of less than 1, soot is generated due to incomplete combustion of combustible components in the combustion unit 36, This is because the flow path downstream of the combustion unit 36 may be blocked. In addition, the indicated raw material flow rate Fa is supplied by the raw material pump 11a5 that has the determination oxygen ratio λa while the sweep current swept from the fuel cell 34 and the flow rate of the cathode air supplied to the fuel cell 34 are maintained. This is the flow rate of the raw material for reforming. When step S23 ends, the control device 15 advances the program to step S24.

ステップS24において、制御装置15(酸素比変更部)は、改質用原料流量センサ11a3によって検出される改質用原料の流量に基づいて、原料ポンプ11a5が供給する改質用原料の流量がステップS23で演算された指示原料流量Faとなるように、原料ポンプ11a5をフィードバック制御する。この制御によって、ステップS24が実行される前と比較して、原料ポンプ11a5が供給する改質用原料の流量が増大する。なお、制御装置15(酸素比変更部)は、原料ポンプ11a5が供給している改質用原料の流量が、所定時間(例えば数十秒)後に指示原料流量Faに徐々に増加されるように、原料ポンプ11a5を制御する。これにより、改質用原料の流量の急激な増加によって、燃焼部36において、火炎の一部が消える部分吹き消えの発生や、火炎の全部が消える完全吹き消えの発生が防止される。このステップS24の処理によって、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが徐々に判定酸素比λaとなる。また、制御装置15は、改質水ポンプ11b1によって蒸発部32に供給されている改質水の流量を、ステップS24の処理が開始される前と比べて所定流量増大させる。これにより、蒸発部32に供給される改質用原料の流量の増大に伴う、改質部33内でのコーキングの発生が防止される。ステップS24が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS25に進める。   In step S24, the controller 15 (oxygen ratio changing unit) determines the flow rate of the reforming material supplied by the material pump 11a5 based on the flow rate of the reforming material detected by the reforming material flow rate sensor 11a3. The raw material pump 11a5 is feedback-controlled so that the indicated raw material flow rate Fa calculated in S23 is obtained. By this control, the flow rate of the reforming raw material supplied by the raw material pump 11a5 is increased as compared with that before step S24 is executed. The control device 15 (oxygen ratio changing unit) is configured so that the flow rate of the reforming raw material supplied by the raw material pump 11a5 is gradually increased to the indicated raw material flow rate Fa after a predetermined time (for example, several tens of seconds). The raw material pump 11a5 is controlled. As a result, the sudden increase in the flow rate of the reforming raw material prevents the occurrence of partial blow-out in which a part of the flame disappears or complete blow-out in which all the flame disappears in the combustion section 36. By the process of step S24, the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 gradually becomes the determination oxygen ratio λa. In addition, the control device 15 increases the flow rate of the reforming water supplied to the evaporation unit 32 by the reforming water pump 11b1 by a predetermined flow rate compared to before the process of step S24 is started. As a result, the occurrence of coking in the reforming unit 33 accompanying the increase in the flow rate of the reforming material supplied to the evaporation unit 32 is prevented. When step S24 ends, the control device 15 advances the program to step S25.

ステップS25において、制御装置15(判定部)は、温度センサ28bによって検出された燃焼触媒28から排気された排気ガスの温度T2が、判定温度T2a未満であると判断した場合には(ステップS25:YES)、プログラムをステップS41に進める。一方で、制御装置15(判定部)は、温度センサ28bによって検出された燃焼触媒28から排気された排気ガスの温度T2が、判定温度T2a以上であると判断した場合には(ステップS25:NO)、プログラムをステップS31に進める。なお、燃焼触媒28の触媒反応が低下していない場合には、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaにされると、図2の実線に示すように、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が、判定温度T2a以上となり、ステップS25においてNOと判断される。一方で、燃焼触媒28の触媒反応が低下している場合には、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaにされても、図2の破線に示すように、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が、判定温度T2a未満となり、ステップS25においてYESと判断される。   In step S25, when the control device 15 (determination unit) determines that the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 detected by the temperature sensor 28b is lower than the determination temperature T2a (step S25: YES), the program proceeds to step S41. On the other hand, when the control device 15 (determination unit) determines that the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 detected by the temperature sensor 28b is equal to or higher than the determination temperature T2a (step S25: NO). ), The program proceeds to step S31. In the case where the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has not decreased, when the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 is set to the determination oxygen ratio λa, the combustion is performed as shown by the solid line in FIG. The temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the catalyst 28 becomes equal to or higher than the determination temperature T2a, and NO is determined in step S25. On the other hand, when the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is reduced, even if the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 is set to the determination oxygen ratio λa, as shown by the broken line in FIG. The temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 becomes lower than the determination temperature T2a, and YES is determined in step S25.

ステップS31において,制御装置15は、タイマーTMをリセットして、プログラムをステップS21に進める。   In step S31, the control device 15 resets the timer TM and advances the program to step S21.

ステップS41において、制御装置15(判定部)は、ステップS25において最初にYESと判断されてから、第二規定時間TMb(例えば数秒〜数十秒)が経過したと判断した場合には(ステップS41:YES)、プログラムをステップS42に進める。一方で、制御装置15(判定部)は、ステップS25において最初にYESと判断されてから、第二規定時間TMbが経過していないと判断した場合には(ステップS41:NO)、プログラムをステップS25に戻す。   In step S41, if the control device 15 (determination unit) determines that the second specified time TMb (for example, several seconds to several tens of seconds) has elapsed since it was initially determined to be YES in step S25 (step S41). : YES), the program proceeds to step S42. On the other hand, if the control device 15 (determination unit) determines that the second specified time TMb has not elapsed since it was initially determined to be YES in step S25 (step S41: NO), the program is stepped. Return to S25.

ステップS42において、制御装置15(判定部)は、燃焼触媒28において、触媒反応が低下していると判定し、プログラムをステップS43に進める。   In step S42, the control device 15 (determination unit) determines that the catalytic reaction in the combustion catalyst 28 has decreased, and advances the program to step S43.

ステップS43において、制御装置15は、報知部17において、燃焼触媒28において触媒反応が低下している旨の異常を報知させる。ステップS43が終了すると、「第一触媒反応低下判定処理」が終了する。   In step S <b> 43, the control device 15 causes the notification unit 17 to notify an abnormality indicating that the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is decreasing. When step S43 ends, the “first catalytic reaction decrease determination process” ends.

(本実施形態の効果)
以上の説明から明らかなように、燃焼触媒28に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大されると、燃焼触媒28の触媒反応が低下していない場合には、可燃成分が燃焼触媒28で完全燃焼されて、可燃成分の流量が増大される前と比べて、燃焼触媒28の温度が上昇する。一方で、燃焼触媒28に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大されたにも関わらず、可燃成分の流量が増大される前と比べて、燃焼触媒28の温度が上昇しない場合、又は燃焼触媒28の温度が殆ど上昇しない場合には、燃焼触媒28の触媒反応が低下していることに起因して、可燃成分が燃焼触媒28で燃焼されず、又は可燃成分が燃焼触媒28で不完全燃焼されている状態である。このような原理を用いて、制御装置15(判定部)は、燃焼部36から燃焼触媒28に導入される未燃焼の可燃成分の流量が増大された場合に(図5のステップS24)、温度センサ28bによって検出された燃焼触媒28から排気された排気ガスの温度T2に基づいて、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定することができる(ステップS25、ステップS41、ステップS42)。よって、燃焼触媒28を備えた燃料電池システム100において、燃焼触媒28の触媒反応の低下を検知することができる。
(Effect of this embodiment)
As is clear from the above description, when the flow rate of the unburned combustible component introduced into the combustion catalyst 28 is increased, the combustible component is converted into the combustion catalyst 28 when the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is not lowered. As a result, the temperature of the combustion catalyst 28 rises as compared with before the combustible component flow rate is increased. On the other hand, when the flow rate of the unburned combustible component introduced into the combustion catalyst 28 is increased, but the temperature of the combustion catalyst 28 does not increase compared to before the flow rate of the combustible component is increased, or When the temperature of the combustion catalyst 28 hardly rises, the combustible component is not burned by the combustion catalyst 28 or the combustible component is not burned by the combustion catalyst 28 because the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is lowered. It is in a state of complete combustion. Using such a principle, the control device 15 (determination unit) determines that the temperature of the unburned combustible component introduced from the combustion unit 36 to the combustion catalyst 28 is increased (step S24 in FIG. 5). Based on the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 detected by the sensor 28b, it can be determined whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has decreased (step S25, step S41, step S42). ). Therefore, in the fuel cell system 100 including the combustion catalyst 28, it is possible to detect a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28.

このように、温度センサ28bによって検出された燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2に基づいて、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かが判定される。これにより、燃料電池システム100に、燃焼触媒28から排気される排気ガスに含まれる水素や一酸化炭素を検出するセンサを設けなくても、温度センサ28bを設けるだけで、燃焼触媒28の触媒反応の低下を検知することができる。このため、燃料電池システムの製造コストの増大を抑制することができる。   Thus, based on the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 detected by the temperature sensor 28b, it is determined whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has decreased. Thus, the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 can be achieved only by providing the temperature sensor 28b without providing the fuel cell system 100 with a sensor for detecting hydrogen and carbon monoxide contained in the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28. Can be detected. For this reason, the increase in the manufacturing cost of a fuel cell system can be suppressed.

また、燃料電池システム100の運転中において、燃焼部36から燃焼触媒28に導入される未燃焼の可燃成分の流量を増大させて、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度に基づいて、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かが判定される。このため、燃料電池システム100を停止させなくても、燃料電池システム100で発電及び貯湯水の生成を継続させながら、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定することができる。   Further, during the operation of the fuel cell system 100, the flow rate of unburned combustible components introduced from the combustion unit 36 to the combustion catalyst 28 is increased, and combustion is performed based on the temperature of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28. It is determined whether or not the catalytic reaction of the catalyst 28 has decreased. For this reason, even if the fuel cell system 100 is not stopped, it can be determined whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is lowered while the fuel cell system 100 continues to generate power and generate hot water.

また、制御装置15(酸素比変更部)は、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを、燃焼部36において可燃成分の不完全燃焼が発生する不完全燃焼開始酸素比λ0より低い判定酸素比λaに低下させる(図5のステップS24)。これにより、燃焼部36において不完全燃焼が発生し、燃焼部36で燃焼されなかった可燃成分を確実に燃焼触媒28に導入させることができる。このため、燃焼触媒28の触媒反応の低下を確実に判定することができる。   The control device 15 (oxygen ratio changing unit) also sets the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 to be lower than the incomplete combustion start oxygen ratio λ0 at which incomplete combustion of the combustible component occurs in the combustion unit 36. The determination oxygen ratio λa is reduced (step S24 in FIG. 5). As a result, incomplete combustion occurs in the combustion section 36, and combustible components that are not burned in the combustion section 36 can be reliably introduced into the combustion catalyst 28. For this reason, it is possible to reliably determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28.

また、制御装置15(酸素比変更部)は、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにする前と比べて、原料ポンプ11a5(燃料供給部)が供給する改質用原料(燃料)の流量を増大させて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにする(図5のステップS24)。これにより、燃焼部36に供給される可燃成分の流量を確実に増大させることができ、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにすることができる。このため、燃焼部36において不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部36で燃焼されなかった可燃成分を確実に燃焼触媒28に導入させることができる。よって、燃焼触媒28の触媒反応の低下を確実に判定することができる。また、酸素比λを低下させるに際し、酸化剤ガスの供給量を減少させるのでなく改質用原料の供給量を増加させているので、燃料電池34での酸素不足等により燃料電池システム100が停止してしまうことを防止することができ、燃料電池システム100の運転を継続しながら燃焼触媒28の触媒反応の低下を判定することができる。   In addition, the control device 15 (oxygen ratio changing unit) improves the supply supplied by the raw material pump 11a5 (fuel supply unit) compared to before the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is set to the determination oxygen ratio λa. The flow rate of the raw material (fuel) for quality is increased, and the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is set to the determination oxygen ratio λa (step S24 in FIG. 5). Thereby, the flow rate of the combustible component supplied to the combustion unit 36 can be reliably increased, and the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 can be set to the determination oxygen ratio λa. For this reason, incomplete combustion can be generated in the combustion part 36, and the combustible component which was not burned in the combustion part 36 can be reliably introduced into the combustion catalyst 28. Therefore, it is possible to reliably determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28. Further, when the oxygen ratio λ is lowered, the supply amount of the reforming raw material is increased instead of decreasing the supply amount of the oxidant gas, so that the fuel cell system 100 stops due to oxygen shortage or the like in the fuel cell 34. It is possible to prevent the fuel cell system 100 from continuing to operate, and to determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 while continuing the operation of the fuel cell system 100.

また、制御装置15(酸素比変更部)は、燃料電池34から掃引される掃引電流を一定に保った状態で、原料ポンプ11a5(燃料供給部)が供給する改質用原料(燃料)の流量を増大させて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにして(図5のステップS24)、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定している。これにより、燃料電池34から掃引される掃引電流が減少しないので、外部電力負荷16cに供給される電流が不足しない。   In addition, the control device 15 (oxygen ratio changing unit) maintains the sweep current swept from the fuel cell 34, and the flow rate of the reforming material (fuel) supplied by the material pump 11a5 (fuel supply unit). To increase the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 to the determination oxygen ratio λa (step S24 in FIG. 5), and determine whether the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has decreased. Yes. Thereby, since the sweep current swept from the fuel cell 34 does not decrease, the current supplied to the external power load 16c does not become insufficient.

また、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、燃料電池34から掃引される電流である掃引電流と、燃料電池34に供給されるカソードエアの流量に基づいて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaとなる改質用原料の流量である指示原料流量Fa(指示燃料流量)を演算する(図5のステップS23)。そして、制御装置15(酸素比変更部)は、原料ポンプ11a5が供給する改質用原料の流量が指示原料流量Faとなるように原料ポンプ11a5を制御する(図5のステップS24)。これにより、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λを精度高く確実に判定酸素比λaにすることができる。このため、燃焼部36で確実に不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部36で燃焼されなかった可燃成分をより確実に燃焼触媒28に導入させることができる。よって、燃焼触媒28の触媒反応の低下をより確実に判定することができる。   Further, the control device 15 (indicated fuel flow rate calculation unit) is introduced into the combustion unit 36 based on the sweep current that is the current swept from the fuel cell 34 and the flow rate of the cathode air supplied to the fuel cell 34. An indicated raw material flow rate Fa (indicated fuel flow rate) that is a flow rate of the reforming raw material at which the oxygen ratio λ of the mixed gas becomes the determination oxygen ratio λa is calculated (step S23 in FIG. 5). Then, the control device 15 (oxygen ratio changing unit) controls the raw material pump 11a5 so that the flow rate of the reforming raw material supplied by the raw material pump 11a5 becomes the indicated raw material flow rate Fa (step S24 in FIG. 5). Thereby, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 can be accurately and reliably set to the determination oxygen ratio λa. For this reason, incomplete combustion can be reliably generated in the combustion unit 36, and combustible components that have not been burned in the combustion unit 36 can be more reliably introduced into the combustion catalyst 28. Therefore, it is possible to more reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28.

制御装置15(指示燃料流量演算部)は、改質部温度センサ33a(改質部温度検出部)によって検出された改質部33の温度T1に基づいて、指示原料流量Faを演算する(図5のステップS23)。つまり、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、改質部33の温度T1に基づいて、改質部33によって生成された改質ガスの組成を演算する(図2の2、図5のステップS12)。そして、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、演算された改質ガスの組成に基づいて、指示原料流量Faを演算する。これにより、改質ガスの組成に基づかない場合と比較して、より精度高く、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaとなる指示原料流量Faが演算される。このため、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λをより判定酸素比λaにすることができる。   The control device 15 (instructed fuel flow rate calculation unit) calculates the indicated raw material flow rate Fa based on the temperature T1 of the reforming unit 33 detected by the reforming unit temperature sensor 33a (reforming unit temperature detection unit) (FIG. 5 step S23). That is, the control device 15 (instructed fuel flow rate calculation unit) calculates the composition of the reformed gas generated by the reforming unit 33 based on the temperature T1 of the reforming unit 33 (see FIGS. 2 and 5). Step S12). Then, the control device 15 (indicated fuel flow rate calculation unit) calculates the indicated raw material flow rate Fa based on the calculated reformed gas composition. As a result, the indicated raw material flow rate Fa is calculated with higher accuracy than the case where it is not based on the composition of the reformed gas so that the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 becomes the determination oxygen ratio λa. For this reason, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 can be made the determination oxygen ratio λa.

このように、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λが精度高く確実に判定酸素比λaにされる。これにより、酸素比λが過剰に低下される(例えば1未満)ことに起因する燃焼部36での煤の発生が防止される。   In this way, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 is accurately and reliably set to the determination oxygen ratio λa. Thereby, generation | occurrence | production of the soot in the combustion part 36 resulting from the oxygen ratio (lambda) reducing too much (for example, less than 1) is prevented.

本実施形態では、制御装置15(判定部)は、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaに変更された場合に、単一の温度センサ28b(温度検出部)によって検出された排気ガスの温度T2が判定温度T2aに達しない時間が第二規定時間TMbを経過した場合に(図5のステップS26でYESと判断)、燃焼触媒28の触媒反応が低下していると判定する(ステップS42)。このように、温度センサ28bを複数設けなくても、燃焼触媒28の触媒反応の低下を判定することができる。このため、燃料電池システムの製造コストの増大を抑制することができる。   In the present embodiment, the control device 15 (determination unit) determines that the single temperature sensor 28b (temperature detection unit) when the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is changed to the determination oxygen ratio λa. When the second specified time TMb has elapsed after the time during which the exhaust gas temperature T2 detected by step S2 does not reach the determination temperature T2a (YES in step S26 of FIG. 5), the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 decreases. (Step S42). In this way, it is possible to determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 without providing a plurality of temperature sensors 28b. For this reason, the increase in the manufacturing cost of a fuel cell system can be suppressed.

(第二触媒反応低下判定処理)
以下に、図6に示すフローチャートを用いて、「第一触媒反応低下判定処理」と異なる点について、「第二触媒反応低下判定処理」について説明する。なお、「第二触媒反応低下判定処理」各処理について、「第一触媒反応低下判定処理」と同一の処理については、「第一触媒反応低下判定処理」と同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。「第二触媒反応低下判定処理」は、蒸発部32に供給される改質用原料の流量を保ったまま、つまり、燃料電池34に供給される改質ガスの流量を保ったまま、燃料電池34から掃引される掃引電流、及び燃料電池34に供給されるカソードエアの流量を減少させることにより、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにして、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定する方法である。
(Second catalytic reaction decrease judgment process)
Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 6, the “second catalyst reaction decrease determination process” will be described with respect to differences from the “first catalyst reaction decrease determination process”. For each process of the “second catalyst reaction decrease determination process”, the same process number as the “first catalyst reaction decrease determination process” is assigned the same step number as the “first catalyst reaction decrease determination process”. The description is omitted. In the “second catalytic reaction decrease determination process”, the fuel cell is maintained while maintaining the flow rate of the reforming raw material supplied to the evaporation section 32, that is, while maintaining the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell 34. By reducing the sweep current swept from 34 and the flow rate of the cathode air supplied to the fuel cell 34, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 is made the determination oxygen ratio λa, and the combustion catalyst 28. This is a method for determining whether or not the catalytic reaction is reduced.

ステップS12に変えて、ステップS212が実行される。ステップS212において、制御装置15(指示電流演算部、指示酸化剤ガス流量演算部)は、改質用原料流量センサ11a3によって検出された蒸発部32に供給されている改質用原料の流量に基づいて、改質部33から燃料電池34に供給される改質ガスの流量の演算を開始する(図3の1)。また、制御装置15(指示電流演算部、指示酸化剤ガス流量演算部)は、ステップS12と同様の方法によって、改質部33から燃料電池34に供給される改質ガスの組成の演算を開始する(図3の2)。次に、制御装置15(指示電流演算部、指示酸化剤ガス流量演算部)は、図3を用いて説明した上述の方法によって、燃料電池34に供給される改質ガスの流量及び当該改質ガスの組成に基づいて、燃料電池34に供給される改質ガスの各可燃成分の流量の演算を開始する(図3の3)。ステップS212が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS21に進める。   Instead of step S12, step S212 is executed. In step S212, the control device 15 (indicated current calculation unit, indicated oxidant gas flow rate calculation unit) is based on the flow rate of the reforming material supplied to the evaporation unit 32 detected by the reforming material flow rate sensor 11a3. Then, calculation of the flow rate of the reformed gas supplied from the reforming unit 33 to the fuel cell 34 is started (1 in FIG. 3). Further, the control device 15 (indicated current calculation unit, indicated oxidant gas flow rate calculation unit) starts calculating the composition of the reformed gas supplied from the reforming unit 33 to the fuel cell 34 by the same method as in step S12. (2 in FIG. 3). Next, the control device 15 (indicated current calculation unit, indicated oxidant gas flow rate calculation unit) determines the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell 34 and the reforming by the above-described method described with reference to FIG. Based on the gas composition, calculation of the flow rate of each combustible component of the reformed gas supplied to the fuel cell 34 is started (3 in FIG. 3). When step S212 ends, the control device 15 advances the program to step S21.

ステップS23に変えて、ステップS223が実行される。ステップS223において、制御装置15は(指示電流演算部、指示酸化剤ガス流量演算部)は、図3を用いて説明し上述の方法によって、ステップS212で演算された改質ガスの各可燃成分の流量に基づいて、判定酸素比λaとなる、燃料電池34から掃引される掃引電流である指示電流Ia及び指示カソードエア流量Fbを演算する。掃引電流が現在の掃引電流値よりも低い指示電流Iaにされれば、燃料電池34で消費される水素の流量及び酸素の流量が減少する。そして、燃料電池34に供給される改質ガスの流量が保たれた状態で、燃料電池34で消費される酸素の流量の減少分に相当するカソードエアの流量が減少されれば、燃料電池34で消費される水素の流量だけが減少して、燃焼部36の供給される混合ガスに含まれる水素の流量が増加して、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λが低下する。このような手法を用いて、制御装置15は、指示電流Ia及び指示カソードエア流量Fbを演算する。ステップS223が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS224に進める。   Instead of step S23, step S223 is executed. In step S223, the control device 15 (indicated current calculation unit, indicated oxidant gas flow rate calculation unit) calculates each combustible component of the reformed gas calculated in step S212 by the method described above with reference to FIG. Based on the flow rate, the command current Ia and the command cathode air flow rate Fb, which are the sweep currents swept from the fuel cell 34, which are the determination oxygen ratio λa, are calculated. If the sweep current is set to the instruction current Ia lower than the current sweep current value, the flow rate of hydrogen and the flow rate of oxygen consumed in the fuel cell 34 are reduced. If the flow rate of cathode air corresponding to the decrease in the flow rate of oxygen consumed in the fuel cell 34 is reduced while the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell 34 is maintained, the fuel cell 34 Only the flow rate of the hydrogen consumed in the fuel gas decreases, the flow rate of hydrogen contained in the mixed gas supplied to the combustion unit 36 increases, and the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 decreases. Using such a method, the control device 15 calculates the command current Ia and the command cathode air flow rate Fb. When step S223 ends, the control device 15 advances the program to step S224.

ステップS224において、制御装置15(酸素比変更部)は、燃料電池34からの掃引電流が、所定時間(例えば数秒〜数十秒)をかけて、ステップS223において演算された指示電流Iaに徐変されるように、インバータ装置13を制御する。これと同時に、制御装置15(酸素比変更部)は、カソードエア流量センサ11c2によって検出されたカソードエアの流量に基づいて、燃料電池34に供給されているカソードエアの流量が、所定時間(例えば数秒〜数十秒)をかけて、ステップS223において演算された指示カソードエア流量Fbに徐変されるように、カソードエアブロワ11c1をフィードバック制御する。このように、掃引電流及びカソードエアの流量が徐変されることによって、燃焼部36に供給される混合ガスの流量及び可燃成分の急激な変更に起因する燃焼部36における部分吹き消えの発生や完全吹き消えの発生が防止される。このステップS224の処理によって、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが徐々に判定酸素比λaとなる。ステップS224が終了すると、制御装置15は、プログラムをステップS25に進める。   In step S224, the control device 15 (oxygen ratio changing unit) gradually changes the sweep current from the fuel cell 34 to the command current Ia calculated in step S223 over a predetermined time (for example, several seconds to several tens of seconds). As a result, the inverter device 13 is controlled. At the same time, the control device 15 (oxygen ratio changing unit) determines the flow rate of the cathode air supplied to the fuel cell 34 based on the flow rate of the cathode air detected by the cathode air flow rate sensor 11c2 for a predetermined time (for example, The cathode air blower 11c1 is feedback-controlled so that the instruction cathode air flow rate Fb calculated in step S223 is gradually changed over several seconds to several tens of seconds). In this way, by gradually changing the flow rates of the sweep current and the cathode air, the occurrence of partial blow-off in the combustion portion 36 due to a sudden change in the flow rate of the mixed gas supplied to the combustion portion 36 and the combustible component, The occurrence of complete blowout is prevented. By the processing in step S224, the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 gradually becomes the determination oxygen ratio λa. When step S224 ends, the control device 15 advances the program to step S25.

このように、制御装置15(酸素比変更部)は、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにする前と比べて、掃引電流が減少するようにインバータ装置13(掃引電流変更部)を制御するとともに、掃引電流の減少に応じたカソードエア(酸化剤ガス)の流量分だけカソードエアの流量が減少するようにカソードエアブロワ11c1(酸化剤ガス供給部)を制御して、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λを判定酸素比λaにする(図6のステップS224)。   In this way, the control device 15 (oxygen ratio changing unit) causes the inverter device 13 to reduce the sweep current compared to before the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 is set to the determination oxygen ratio λa. The cathode air blower 11c1 (oxidant gas supply unit) is controlled so that the flow rate of the cathode air decreases by the amount of cathode air (oxidant gas) corresponding to the decrease in the sweep current. By controlling, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 is set to the determination oxygen ratio λa (step S224 in FIG. 6).

これにより、掃引電流が減少することによって、燃料電池34で消費される水素の流量が減少し、これに伴い、燃焼部36に導入される水素の流量が増大する。また、掃引電流が減少することによって、燃料電池34で消費される酸素の流量も減少するが、掃引電流の減少に応じたカソードエアの流量分だけカソードエアの流量が減少することによって、燃焼部36に供給される酸素の流量は増加しない。これにより、燃焼部36に供給される酸素の流量が増加されず、燃焼部36に供給される可燃成分の流量を確実に増大させることができ、燃焼部36に導入されるガスの酸素比を判定酸素比λaにすることができる。このため、燃焼部36で不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部36で燃焼されなかった可燃成分を確実に燃焼触媒28に導入させることができる。よって、燃焼触媒28の触媒反応の低下を確実に判定することができる。   As a result, the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 34 is reduced due to a decrease in the sweep current, and accordingly, the flow rate of hydrogen introduced into the combustion unit 36 is increased. Further, although the flow rate of oxygen consumed by the fuel cell 34 is reduced due to the decrease in the sweep current, the flow rate of the cathode air is reduced by the amount corresponding to the flow rate of the cathode air corresponding to the decrease in the sweep current, so that the combustion unit The flow rate of oxygen supplied to 36 does not increase. As a result, the flow rate of oxygen supplied to the combustion unit 36 is not increased, the flow rate of combustible components supplied to the combustion unit 36 can be reliably increased, and the oxygen ratio of the gas introduced into the combustion unit 36 can be increased. The determination oxygen ratio λa can be obtained. For this reason, incomplete combustion can be generated in the combustion part 36, and the combustible component which was not burned in the combustion part 36 can be reliably introduced into the combustion catalyst 28. Therefore, it is possible to reliably determine a decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28.

このように、改質用原料の流量を増大させずに、燃焼部36に導入されるガスの酸素比が判定酸素比λaにされ、燃焼触媒28の触媒反応の低下が低下しているか否かが判定される。これにより、改質用原料の流量の増大に起因する燃料電池モジュール11の過熱が防止される。   In this way, whether or not the oxygen ratio of the gas introduced into the combustion section 36 is set to the determination oxygen ratio λa without increasing the flow rate of the reforming raw material, and the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is reduced. Is determined. Thereby, overheating of the fuel cell module 11 due to an increase in the flow rate of the reforming raw material is prevented.

制御装置15(指示電流演算部)は、原料ポンプ11a5が供給する改質用原料の流量に基づいて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaとなる燃料電池34から掃引される電流である指示電流Iaを演算する(図6のステップS223)。そして、制御装置15(指示酸化剤ガス流量演算部)は、原料ポンプ11a5が供給するカソードエアの流量及び演算された指示電流Iaに基づいて、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaとなるカソードエアの流量である指示カソードエア流量Fb(指示酸化剤ガス流量)を演算する(図6のステップS223)。そして、制御装置15(酸素比変更部)は、燃料電池34から掃引される掃引電流が指示電流Iaとなるようにインバータ装置13を制御するとともに、燃料電池34に供給されるカソードエアの流量が指示カソードエア流量Fbとなるように原料ポンプ11a5を制御する(図6のステップS224)。   Based on the flow rate of the reforming raw material supplied from the raw material pump 11a5, the control device 15 (indicated current calculation unit) is a fuel cell 34 in which the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 becomes the determination oxygen ratio λa. The command current Ia which is a current swept from is calculated (step S223 in FIG. 6). Then, the control device 15 (instructed oxidant gas flow rate calculation unit) determines the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 based on the flow rate of the cathode air supplied by the raw material pump 11a5 and the calculated indicated current Ia. An instruction cathode air flow rate Fb (indicating oxidant gas flow rate) which is a cathode air flow rate at which the determination oxygen ratio λa is obtained is calculated (step S223 in FIG. 6). The control device 15 (oxygen ratio changing unit) controls the inverter device 13 so that the sweep current swept from the fuel cell 34 becomes the command current Ia, and the flow rate of the cathode air supplied to the fuel cell 34 is The raw material pump 11a5 is controlled so as to be the indicated cathode air flow rate Fb (step S224 in FIG. 6).

このように、混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaとなる指示電流Iaが演算されて、燃料電池34から掃引される掃引電流が指示電流Iaに変更され、混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaなる指示カソードエア流量Fbが演算されて原料ポンプ11a5が供給するカソードエアの流量が指示カソードエア流量Fbに変更される。これにより、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λを精度高く確実に判定酸素比λaにすることができる。このため、燃焼部36で確実に不完全燃焼を発生させることができ、燃焼部36で燃焼されなかった可燃成分をより確実に燃焼触媒28に導入させることができる。よって、燃焼触媒28の触媒反応の低下をより確実に判定することができる。   Thus, the command current Ia at which the oxygen ratio λ of the mixed gas becomes the determination oxygen ratio λa is calculated, the sweep current swept from the fuel cell 34 is changed to the command current Ia, and the oxygen ratio λ of the mixed gas is determined. The command cathode air flow rate Fb having an oxygen ratio λa is calculated, and the cathode air flow rate supplied by the raw material pump 11a5 is changed to the command cathode air flow rate Fb. Thereby, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 can be accurately and reliably set to the determination oxygen ratio λa. For this reason, incomplete combustion can be reliably generated in the combustion unit 36, and combustible components that have not been burned in the combustion unit 36 can be more reliably introduced into the combustion catalyst 28. Therefore, it is possible to more reliably determine the decrease in the catalytic reaction of the combustion catalyst 28.

また、制御装置15(指示電流演算部)は、改質部温度センサ33a(改質部温度検出部)によって検出された改質部33の温度T1に基づいて、指示電流Iaを演算する。つまり、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、改質部33の温度T1に基づいて、改質部33によって生成された改質ガスの組成を演算する(図2の2、図6のステップS212)。そして、制御装置15(指示燃料流量演算部)は、演算された改質ガスの組成に基づいて、指示電流Iaを演算する。これにより、改質ガスの組成に基づかない場合と比較して、より精度高く、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが判定酸素比λaとなる指示原料流量Faが演算される。このため、燃焼部36に供給される混合ガスの酸素比λをより確実に判定酸素比λaにすることができる。   In addition, the control device 15 (indicated current calculation unit) calculates the instruction current Ia based on the temperature T1 of the reforming unit 33 detected by the reforming unit temperature sensor 33a (reforming unit temperature detection unit). That is, the control device 15 (indicated fuel flow rate calculation unit) calculates the composition of the reformed gas generated by the reforming unit 33 based on the temperature T1 of the reforming unit 33 (see FIGS. 2 and 6). Step S212). Then, the control device 15 (indicated fuel flow rate calculation unit) calculates the instruction current Ia based on the calculated reformed gas composition. As a result, the indicated raw material flow rate Fa is calculated with higher accuracy than the case where it is not based on the composition of the reformed gas so that the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion section 36 becomes the determination oxygen ratio λa. For this reason, the oxygen ratio λ of the mixed gas supplied to the combustion unit 36 can be more reliably set to the determination oxygen ratio λa.

(別の実施形態)
以上説明した実施形態では、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを不完全燃焼開始酸素比λ0よりも低い判定酸素比λaにして、燃焼部36においてアノードオフガスを不完全燃焼させて、燃焼部36から燃焼触媒28に導入される燃焼ガスに含まれる可燃成分の流量を増大させて、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定している。しかし、図2に示すように、燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λを、通常運転時の酸素比λ(例えば1.6)よりも高い第二判定酸素比λa2以上にして、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定してする実施形態であっても差し支え無い。
(Another embodiment)
In the embodiment described above, the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is set to the determination oxygen ratio λa lower than the incomplete combustion start oxygen ratio λ0, and the anode off gas is incompletely combusted in the combustion unit 36. The flow rate of the combustible component contained in the combustion gas introduced into the combustion catalyst 28 from the combustion unit 36 is increased to determine whether the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is reduced. However, as shown in FIG. 2, the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is set to a second determination oxygen ratio λa2 that is higher than the oxygen ratio λ (for example, 1.6) during normal operation, Even if it is embodiment which determines whether the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is falling, it does not interfere.

燃焼部36に導入される混合ガスの酸素比λが、第二判定酸素比λa2以上にされると、酸素の流量に対してアノードオフガスに含まれる可燃成分の流量が少なすぎて過ぎて(燃料リーン状態)、燃焼部36での燃焼が一部又は全部停止する。すると、燃焼触媒28に導入される燃焼ガスに含まれる可燃成分の割合が飛躍的に増大する。もし、燃焼触媒28の触媒反応が低下していない場合には、可燃成分が燃焼触媒28で燃焼される。すると、図2の実線に示すように、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が第二判定温度T2bに上昇し(図2の2示)、燃焼触媒28の触媒反応が低下していないと判定される。一方で、燃焼触媒28の触媒反応が低下している場合には、可燃成分が燃焼触媒28で完全に燃焼されない。このため、図2の破線に示すように、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2が、殆ど上昇することなく、第二判定温度T2b未満となり、燃焼触媒28の触媒反応が低下していると判定される。   When the oxygen ratio λ of the mixed gas introduced into the combustion unit 36 is set to the second determination oxygen ratio λa2 or more, the flow rate of the combustible component contained in the anode off-gas is too small relative to the flow rate of oxygen (fuel). (Lean state), combustion in the combustion section 36 is partially or completely stopped. Then, the ratio of the combustible component contained in the combustion gas introduced into the combustion catalyst 28 increases dramatically. If the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has not decreased, the combustible component is burned by the combustion catalyst 28. Then, as shown by the solid line in FIG. 2, the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 rises to the second determination temperature T2b (shown by 2 in FIG. 2), and the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is reduced. It is determined that there is no. On the other hand, when the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is lowered, the combustible component is not completely burned by the combustion catalyst 28. For this reason, as shown by the broken line in FIG. 2, the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 hardly rises and becomes lower than the second determination temperature T2b, and the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 decreases. It is determined that

以上説明した実施形態では、温度センサ28b(温度検出部)は、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2を検出している。しかし、温度センサ28b(温度検出部)が、燃焼触媒28の温度を検出する実施形態であっても差し支え無い。この実施形態の場合には、制御装置15(判定部)は、温度センサ28bによって検出された燃焼触媒28の温度に基づいて、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かを判定する。   In the embodiment described above, the temperature sensor 28b (temperature detection unit) detects the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28. However, the temperature sensor 28b (temperature detection unit) may be an embodiment that detects the temperature of the combustion catalyst 28. In the case of this embodiment, the control device 15 (determination unit) determines whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 has decreased based on the temperature of the combustion catalyst 28 detected by the temperature sensor 28b.

以上説明した実施形態では、改質部温度センサ33a(改質部温度検出部)によって検出された改質部33の温度T1に基づいて、改質ガスの組成が演算される。しかし、改質部33から流出する改質ガスの温度を検出する温度センサ(改質部温度検出部)が設けられ、この温度センサによって検出された改質ガスの温度に基づいて、改質ガスの組成が演算される実施形態であっても差し支え無い。   In the embodiment described above, the composition of the reformed gas is calculated based on the temperature T1 of the reforming unit 33 detected by the reforming unit temperature sensor 33a (the reforming unit temperature detecting unit). However, a temperature sensor (reformer temperature detector) for detecting the temperature of the reformed gas flowing out from the reformer 33 is provided, and the reformed gas is based on the temperature of the reformed gas detected by this temperature sensor. However, there is no problem even if the composition is calculated.

燃焼電池34での発電量(掃引電流値)を低下させてから、燃焼触媒28において触媒反応が低下しているか否かを判定する処理を開始させる実施形態であっても差し支え無い。この実施形態の場合には、仮に燃焼触媒28が劣化していて、燃焼触媒28で可燃成分が完全に燃焼されなかった場合であっても、燃焼触媒28から外部に排出される可燃成分の量を低減させることができる。   There may be an embodiment in which the process for determining whether or not the catalytic reaction in the combustion catalyst 28 is reduced is started after the power generation amount (sweep current value) in the combustion battery 34 is reduced. In the case of this embodiment, even if the combustion catalyst 28 is deteriorated and the combustible component is not completely burned by the combustion catalyst 28, the amount of the combustible component discharged from the combustion catalyst 28 to the outside. Can be reduced.

(第二実施形態の燃料電池システム)
以下に、図7を用いて、以上説明した実施形態(第一実施形態)の燃料電池システム100と異なる点について、第二実施形態の燃料電池システム200について説明する。第二実施形態の燃料電池システム200では、燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2を検出する温度センサ28b(第一温度検出部)に加えて、燃焼部36から燃焼触媒28に導入される燃焼ガスの温度T3を検出する第二温度センサ28c(第二温度検出部)が設けられている。
(Fuel cell system of the second embodiment)
Below, the fuel cell system 200 of 2nd embodiment is demonstrated using FIG. 7 about the difference from the fuel cell system 100 of embodiment described above (1st embodiment). In the fuel cell system 200 of the second embodiment, in addition to the temperature sensor 28b (first temperature detection unit) that detects the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28, it is introduced from the combustion unit 36 into the combustion catalyst 28. A second temperature sensor 28c (second temperature detection unit) for detecting the temperature T3 of the combustion gas is provided.

図5や図6のステップS25において、制御装置15(判定部)は、温度センサ28bによって検出された燃焼触媒28から排気される排気ガスの温度T2から、第二温度センサ28cによって検出された燃焼触媒28に導入される燃焼触媒の温度T3を減算した温度差ΔTを演算する。そして、制御装置15(判定部)は、温度差ΔTが、規定温度差ΔTa未満である判断した場合には(ステップS25:YES)、プログラムをS41に進める。一方で、制御装置15(判定部)は、温度差ΔTが、規定温度差ΔTa未満であると判断した場合には(ステップS25:NO)、プログラムをS31に進める。   In step S25 of FIGS. 5 and 6, the control device 15 (determination unit) detects the combustion detected by the second temperature sensor 28c from the temperature T2 of the exhaust gas exhausted from the combustion catalyst 28 detected by the temperature sensor 28b. A temperature difference ΔT obtained by subtracting the temperature T3 of the combustion catalyst introduced into the catalyst 28 is calculated. Then, when the control device 15 (determination unit) determines that the temperature difference ΔT is less than the specified temperature difference ΔTa (step S25: YES), the program proceeds to S41. On the other hand, if the control device 15 (determination unit) determines that the temperature difference ΔT is less than the specified temperature difference ΔTa (step S25: NO), the program proceeds to S31.

この第二の実施形態では、燃焼触媒に導入される燃焼ガスの温度の高低に関わらす、燃焼触媒28に導入される可燃成分の流量の増大に伴う燃焼触媒28の温度の上昇を確実に検出することができる。このため、燃焼触媒28の触媒反応が低下しているか否かをより、精度高く判定することができる。   In the second embodiment, an increase in the temperature of the combustion catalyst 28 with an increase in the flow rate of the combustible component introduced into the combustion catalyst 28 is reliably detected regardless of the temperature of the combustion gas introduced into the combustion catalyst. can do. For this reason, it can be determined with higher accuracy whether the catalytic reaction of the combustion catalyst 28 is reduced.

11a5…原料ポンプ(燃料供給部)、11c1…カソードエアブロワ(酸化剤ガス供給部)、13…インバータ装置(掃引電流変更部)、15…制御装置(酸素比変更部、判定部、指示燃料流量演算部、指示電流演算部、指示酸化剤ガス流量演算部)、28…燃焼触媒、28b…温度センサ(温度検出部、第一温度検出部)、28c…第二温度センサ(温度検出部、第二温度検出部)、33…改質部、33a…改質部温度センサ(改質部温度検出部)、34…燃料電池、36…燃焼部、100…燃料電池システム(第一実施形態)、200…燃料電池システム(第二実施形態)   11a5 ... Raw material pump (fuel supply unit), 11c1 ... Cathode air blower (oxidant gas supply unit), 13 ... Inverter device (sweep current changing unit), 15 ... Control device (oxygen ratio changing unit, determining unit, indicated fuel flow rate) Calculation unit, command current calculation unit, command oxidant gas flow rate calculation unit), 28 ... combustion catalyst, 28b ... temperature sensor (temperature detection unit, first temperature detection unit), 28c ... second temperature sensor (temperature detection unit, first Two temperature detectors), 33 ... reforming unit, 33a ... reforming unit temperature sensor (reforming unit temperature detection unit), 34 ... fuel cell, 36 ... combustion unit, 100 ... fuel cell system (first embodiment), 200 ... Fuel cell system (second embodiment)

Claims (10)

改質水と改質用原料とから燃料を生成する改質部と、
前記改質部に前記改質用原料を供給する燃料供給部と、
前記改質部によって生成された前記燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排気される可燃成分を含むアノードオフガスを、酸化剤ガスで燃焼する燃焼部と、
前記燃焼部から排気される未燃焼の前記可燃成分を含む燃焼ガスが導入されて、前記燃焼ガス中に含まれる前記可燃成分を触媒反応によって燃焼させる燃焼触媒と、
前記燃焼触媒に関する温度を検出する温度検出部と、
前記燃焼部に導入された酸素流量を、前記燃料部に導入された前記可燃成分を完全燃焼させるために必要な理想的な酸素流量で除した酸素比を変更させて、前記酸素比が変更される前と比べて、前記燃焼部から前記燃焼触媒に導入される未燃焼の前記可燃成分の流量を増大させる酸素比変更部と、
前記酸素比変更部によって前記酸素比が変更された場合に、前記温度検出部によって検出された前記燃焼触媒に関する温度に基づいて、前記燃焼触媒の触媒反応が低下しているか否かを判定する判定部と、を有する燃料電池システム。
A reforming section for generating fuel from the reforming water and the reforming raw material;
A fuel supply unit for supplying the reforming raw material to the reforming unit;
A fuel cell that generates electric power from the fuel and oxidant gas generated by the reforming unit;
A combustion section for burning an anode off-gas containing combustible components exhausted from the fuel cell with an oxidant gas;
A combustion catalyst containing the unburned combustible component exhausted from the combustion section, and burning the combustible component contained in the combustion gas by a catalytic reaction;
A temperature detector for detecting a temperature related to the combustion catalyst;
The oxygen ratio is changed by changing the oxygen ratio obtained by dividing the oxygen flow rate introduced into the combustion unit by the ideal oxygen flow rate necessary for completely burning the combustible component introduced into the fuel unit. An oxygen ratio changing unit that increases the flow rate of the unburned combustible component introduced from the combustion unit to the combustion catalyst,
When the oxygen ratio is changed by the oxygen ratio changing unit, it is determined whether or not the catalytic reaction of the combustion catalyst is lowered based on the temperature related to the combustion catalyst detected by the temperature detecting unit. A fuel cell system.
前記酸素比変更部は、前記酸素比を、前記燃焼部において前記可燃成分の不完全燃焼が発生する不完全燃焼開始酸素比よりも低い判定定酸素比に低下させる請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the oxygen ratio changing unit lowers the oxygen ratio to a determination constant oxygen ratio lower than an incomplete combustion starting oxygen ratio at which incomplete combustion of the combustible component occurs in the combustion unit. system. 前記酸素比変更部は、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる前と比べて、前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量を増大させて、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる請求項2に記載の燃料電池システム。   The oxygen ratio changing unit increases the flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit to reduce the oxygen ratio to the determined constant oxygen ratio compared to before reducing the oxygen ratio to the determined constant oxygen ratio. The fuel cell system according to claim 2, which is reduced. 前記燃料電池から掃引される電流である掃引電流を変更する掃引電流変更部と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、を有し、
前記酸素比変更部は、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる前と比べて、前記掃引電流が減少するように掃引電流変更部を制御するとともに、前記掃引電流の減少に応じた前記酸化剤ガスの流量分だけ前記酸化剤ガスの流量が減少するように前記酸化剤ガス供給部を制御して、前記酸素比を前記判定定酸素比に低下させる請求項2に記載の燃料電池システム。
A sweep current changing unit for changing a sweep current which is a current swept from the fuel cell;
An oxidant gas supply unit for supplying the oxidant gas to the fuel cell,
The oxygen ratio changing unit controls the sweep current changing unit so that the sweep current is reduced as compared to before the oxygen ratio is decreased to the determined constant oxygen ratio, and the oxygen ratio changing unit is configured to respond to the decrease in the sweep current. 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio by controlling the oxidant gas supply unit so that the flow rate of the oxidant gas is reduced by an amount of the oxidant gas. .
前記燃料電池から掃引される電流である掃引電流と、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量に基づいて、前記酸素比が前記判定定酸素比に低下する前記燃料の流量である指示燃料流量を演算する指示燃料流量演算部を有し、
前記酸素比変更部は、前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量が前記指示燃料流量となるように前記燃料供給部を制御する請求項3に記載の燃料電池システム。
An indication of the flow rate of the fuel at which the oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio based on a sweep current that is a current swept from the fuel cell and a flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell. An instruction fuel flow rate calculation unit for calculating the fuel flow rate,
The fuel cell system according to claim 3, wherein the oxygen ratio changing unit controls the fuel supply unit so that a flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit becomes the indicated fuel flow rate.
前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量に基づいて、前記酸素比が前記判定定酸素比に低下する前記燃料電池から掃引される電流である指示電流を演算する指示電流演算部と、
前記燃料供給部が供給する前記燃料の流量及び前記指示電流演算部によって演算された前記指示電流に基づいて、前記酸素比が前記判定定酸素比に低下する前記酸化剤ガスの流量である指示酸化剤ガス流量を演算する指示酸化剤ガス流量演算部と、を有し、
前記酸素比変更部は、前記燃料電池から掃引される前記掃引電流が前記指示電流となるように前記掃引電流変更部を制御するとともに、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量が前記指示酸化剤ガス流量となるように前記酸化剤ガス供給部を制御する請求項4に記載の燃料電池システム。
Based on the flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit, an instruction current calculation unit that calculates an instruction current that is a current swept from the fuel cell in which the oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio;
Based on the flow rate of the fuel supplied by the fuel supply unit and the command current calculated by the command current calculation unit, the directed oxidation is a flow rate of the oxidant gas at which the oxygen ratio is reduced to the determined constant oxygen ratio An instruction oxidant gas flow rate calculation unit for calculating the agent gas flow rate,
The oxygen ratio changing unit controls the sweep current changing unit so that the sweep current swept from the fuel cell becomes the command current, and the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell is The fuel cell system according to claim 4, wherein the oxidant gas supply unit is controlled to achieve an indicated oxidant gas flow rate.
前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部を有し、
前記指示燃料流量演算部は、前記改質部温度検出部によって検出された前記改質部の温度に基づいて、前記指示燃料流量を演算する請求項5に記載の燃料電池システム。
A reforming unit temperature detecting unit for detecting the temperature of the reforming unit;
The fuel cell system according to claim 5, wherein the command fuel flow rate calculation unit calculates the command fuel flow rate based on the temperature of the reforming unit detected by the reforming unit temperature detection unit.
前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部を有し、
指示電流演算部は、前記改質部温度検出部によって検出された前記改質部の温度に基づいて、前記指示電流を演算する請求項6に記載の燃料電池システム。
A reforming unit temperature detecting unit for detecting the temperature of the reforming unit;
The fuel cell system according to claim 6, wherein the command current calculation unit calculates the command current based on the temperature of the reforming unit detected by the reforming unit temperature detection unit.
前記温度検出部は、前記燃焼触媒から排気される排気ガスの温度又は前記燃焼触媒の温度を検出し、
前記判定部は、前記酸素比変更部によって前記酸素比が変更された場合に、前記温度検出部によって検出された温度が判定温度未満の場合に、前記燃焼触媒の触媒反応が低下していると判定する請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
The temperature detection unit detects the temperature of exhaust gas exhausted from the combustion catalyst or the temperature of the combustion catalyst,
When the oxygen ratio is changed by the oxygen ratio changing unit, and the temperature detected by the temperature detecting unit is lower than the determination temperature, the determining unit has a reduced catalytic reaction of the combustion catalyst. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein the fuel cell system is determined.
前記温度検出部は、
前記燃焼触媒から排気される排気ガスの温度又は前記燃焼触媒の温度を検出する第一温度検出部と、
前記燃焼触媒に導入される前記燃焼ガスの温度を検出する第二温度検出部と、
から構成され、
前記判定部は、前記酸素比変更部によって前記酸素比が変更された場合に、前記第一温度検出部によって検出された温度から、前記第二温度検出部によって検出された温度を減算した温度差が、規定温度差未満である場合に、前記燃焼触媒の触媒反応が低下していると判定する請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
The temperature detector is
A first temperature detector for detecting the temperature of exhaust gas exhausted from the combustion catalyst or the temperature of the combustion catalyst;
A second temperature detector for detecting the temperature of the combustion gas introduced into the combustion catalyst;
Consisting of
The determination unit is a temperature difference obtained by subtracting the temperature detected by the second temperature detection unit from the temperature detected by the first temperature detection unit when the oxygen ratio is changed by the oxygen ratio change unit. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein when the temperature difference is less than a specified temperature difference, it is determined that the catalytic reaction of the combustion catalyst is reduced.
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